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工程塑料应用 2023年第12期51卷 86-91页

作者：张广冬王林峰宋树权盐城工学院机械工程学院江苏盐城224051

共挤成型方法在聚合物加工领域有着广泛的应用,主要用于复合板材、管材、薄膜和异型材的成型。共挤制品层厚的准确性和均匀性对复合材料的性能尤为重要,其主要影响因素包括复合界面偏移和挤出胀大。针对三层板材共挤成型,笔者采用有限... 详细信息

共挤成型方法在聚合物加工领域有着广泛的应用,主要用于复合板材、管材、薄膜和异型材的成型。共挤制品层厚的准确性和均匀性对复合材料的性能尤为重要,其主要影响因素包括复合界面偏移和挤出胀大。针对三层板材共挤成型,笔者采用有限元分析软件Polyflow对两种聚合物熔体的等温三层共挤成型进行了数值模拟,其中内层材料为聚乙烯(PE),外层材料均为热塑性聚氨酯弹性体(TPU)。分析了内外层入口流率比(Q_(r))、内外层熔体零剪切黏度比(η_(r))以及流道压缩角对界面偏移和挤出胀大的影响规律。结果表明,在三层共挤成型中,随着Q_(r)的增大,成型段和自由射流段的共挤界面向共挤制品的外侧移动,自由射流段的挤出胀大也随之增大。当Q_(r)为1时,挤出成型后三层熔体的层厚基本相同,此时层厚的均匀性最佳。随着ηr的增大,界面偏移和挤出胀大均随之减小。流道压缩角对自由射流段的界面偏移和挤出胀大的影响较小。由于压缩角的存在,与单材料挤出成型相比,三层共挤模具的成型段长度应相应的增大,以保证复合界面的结合强度。

关键词：共挤成型数值模拟界面偏移挤出胀大压缩角

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带金属骨架的聚合物共挤成型关键技术研究

带金属骨架的聚合物共挤成型关键技术研究

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作者：王林峰盐城工学院

学位级别：硕士

共挤成型方法在聚合物加工领域有着广泛的应用,主要用于复合板材、管材、薄膜和异型材的成型。在共挤成型过程中加入金属骨架可使聚合物制品具有更高的强度、稳定性和耐用性,为制品增加了多方面的优势。加入金属骨架对共挤制品层厚的准... 详细信息

共挤成型方法在聚合物加工领域有着广泛的应用,主要用于复合板材、管材、薄膜和异型材的成型。在共挤成型过程中加入金属骨架可使聚合物制品具有更高的强度、稳定性和耐用性,为制品增加了多方面的优势。加入金属骨架对共挤制品层厚的准确性和均匀性会产生影响,其主要影响因素包括复合界面偏移和挤出胀大。基于有限元数值模拟技术,使用Polyflow仿真软件对带有金属骨架的三层板材共挤成型和带有金属骨架的复合橡胶密封条共挤成型过程进行了研究,探讨了工艺参数、材料参数、结构参数对产品界面偏移和挤出胀大的影响规律。以实际的汽车三角窗密封条机头为例,建立了整个流道模型进行数值模拟,并通过实际的挤出试验验证了仿真结果的可靠性。具体研究内容包括:首先,针对带有金属骨架的三层板材共挤二维模型,采用有限元分析软件Polyflow对两种聚合物熔体的三层共挤成型进行了数值模拟。分析了内外层入口流率比、内外层熔体零剪切黏度比以及流道压缩角对界面偏移和挤出胀大的影响规律。结果表明,随着内外层入口流率比的增大,成型段和自由射流段的复合界面均向共挤制品的表面移动,挤出胀大也随之增大。随着内外层熔体零剪切黏度比的增大,界面偏移和挤出胀大均随之减小。流道压缩角对界面偏移和挤出胀大的影响较小。其次,在二维等温三层板材共挤成型的基础上,以带有金属骨架的复合橡胶密封条为研究对象,建立了简化的矩形三维非等温模型,并对其进行了数值模拟。分析了入口流率比、金属骨架移动速度、零剪切黏度比、成型段长度以及壁面滑移系数对界面偏移和挤出胀大的影响规律。结果表明,入口流率比对界面偏移和挤出胀大的影响效果最大,即其中一侧熔体的入口流率不断增加,复合界面向另一侧的偏移量增大。两侧熔体的挤出胀大比同时增大,总胀大比也随之增加。随着壁面滑移系数的增加,挤出后产品的形变越来越大。其它参数对界面偏移和挤出胀大的影响较小。使用多材料法与运动界面法进行对比验证,将多材料法中的复合界面设置为0.5时,其最终界面位置与运动界面法中的界面位置保持一致。最后,以实际生产中的汽车三角窗密封条机头为例,建立了整个流道的几何模型。基于流动平衡原理,对共挤过程中的入口流率进行优化设计。将优化后的入口流率通过实际的挤出试验进行验证,试验结果符合生产要求。为优化带有金属骨架的共挤成型工艺提供了理论支持和试验指导,具有一定的理论和实际意义。

关键词：共挤成型金属骨架 Polyflow 界面偏移挤出胀大

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层叠流道中聚合物共挤过程的数值模拟

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塑料 2014年第6期43卷 91-93,72页

作者：周星李长金焦志伟谢鹏程杨卫民有机无机复合材料国家重点实验室北京化工大学机电工程学院北京100029

采用Bird-Carreau本构方程,利用Polyflow分析软件对尼龙6(PA6)/三元乙丙橡胶(EPDM)熔体在叠层流道中的共挤过程进行了三维等温黏弹数值模拟,对比分析了2种熔体在不同体积流率下在叠层流道中的压力场、速度场和层间界面位置和形貌的情况... 详细信息

采用Bird-Carreau本构方程,利用Polyflow分析软件对尼龙6(PA6)/三元乙丙橡胶(EPDM)熔体在叠层流道中的共挤过程进行了三维等温黏弹数值模拟,对比分析了2种熔体在不同体积流率下在叠层流道中的压力场、速度场和层间界面位置和形貌的情况。结果表明:入口体积流率的变化对界面的位置和形貌有很大影响,当PA6和EPDM的入口体积流率分别为Q1=Q2=1.5 mm3/s时,PA6熔体在流动过程中逐渐侵入到EPDM熔体的流动空间中,出现界面偏移现象;当PA6和EPDM的入口体积流率分别为Q1=1 mm3/s,Q2=2 mm3/s时,无界面偏移现象,共挤物形态良好。

关键词：层叠流道共挤成型数值模拟活动交界面界面偏移

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复合纺丝挤出胀大过程的力学模型及机理的研究

复合纺丝挤出胀大过程的力学模型及机理的研究

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作者：刘娜娜东华大学

学位级别：硕士

我国是世界最大的纺织品生产和出口大国,纺织纤维加工量占世界总量的35%以上。国家把“纺织业振兴规划”提到了关乎国计民生的高度。然而,我国化纤行业在差别化纤维、复合纤维等方面的技术与欧美发达国家还有一定差距,导致产品的国际竞... 详细信息

我国是世界最大的纺织品生产和出口大国,纺织纤维加工量占世界总量的35%以上。国家把“纺织业振兴规划”提到了关乎国计民生的高度。然而,我国化纤行业在差别化纤维、复合纤维等方面的技术与欧美发达国家还有一定差距,导致产品的国际竞争力不强,根本原因还是在于相关基础研究薄弱的问题。聚合物熔体纺丝的挤出胀大机理对纤维成型及性能具有很大影响。由于多组分纺丝过程相界的边界条件、牵伸速率、冷却传热等因素的影响,使多组分熔体在挤出过程中更加复杂,成为多组分熔体共挤出的研究重点。在纺丝过程中,挤出胀大对纤维截面的形状和尺寸起着重要作用,而挤出胀大比的大小受喷丝微孔的几何尺寸(如入口角、长径比、挤出速率等)的影响。本课题以高聚物流变学为理论基础,对非牛顿流体的共挤出流动过程的有限元模拟技术进行了研究,主要研究了在不同的微孔入口角、不同的微孔长径比及不同的拉伸速率下,多组分熔体从圆形喷丝微孔中共挤出时的挤出胀大现象的规律。本课题基于Polyflow流体动力学软件模拟了不同微孔结构及不同流量比下,多组分熔体共挤出时的界面的偏移情况。本文首先介绍了纺丝熔体在流动过程中出现的弹性行为以及产生这些行为的理论依据,并重点介绍了这些弹性行为中的挤出胀大现象,该现象对纤维性能具有很重要的影响,利用几何分析法推导了复合熔体共挤出时的速度分布,从而导出复合共挤出的挤出胀大比;然后根据共挤出成型的特点,基于聚合物流变学、流体动力学的理论基础,经过合理的假设,建立了描述粘弹性聚合物熔体传统共挤出成型的三维粘弹性理论模型,结合流体动力学的有限元算法,用Polyflow软件模拟了在不同纺丝条件下熔体共挤出时的流动情况。模拟结果表明：各组分熔体流量的变化对共挤出物的截面有重要影响;口模的结构变化对共挤出胀大有一定的影响,当长径比较小时,入口角的大小对挤出胀大有一定的影响,而随着微孔的长径比的增加,入口角的大小对挤出胀大比的影响变得很不明显,即入口角对挤出胀大的影响随着长径比的增大而逐渐消失;随拉伸速率的增加,熔体沿挤出方向的速度梯度也会增加,当牵引速度过大时,会使挤出流动变得不稳定。最后根据喷丝板的设计原理,自行设计一种等分并列的三组分纺丝组件,并模拟了等分并列三组分熔体共挤出时的流动情况,模拟结果表明了：减小粘度低的熔体的流量,增加粘度高的熔体的流量时,会使粘度较低的熔体流速减小,粘度高的熔体流速增加,这样使三种熔体的流速趋于均匀,使得截面变化较小。

关键词：挤出胀大流变学微孔结构数值模拟界面偏移

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