聚合物熔体在长圆导管中正弦脉动流动过程研究

研究聚合物熔体在长圆导管中正弦脉动流动的过程，从理论上研究了压力梯度变化时，产量和功率的变化；以及产量变化时，压力和功率的变化。并通过在毛细管流变仪上的试验，验证了引入振动力场能够提高挤出加工的生产率，有效地降低聚合物熔体通过长圆导管流道成型所需的能耗这一理论结果。说明该理论结果对于指导动态圆管流道的实际生产具有十分重要的工程意义。     

超声波对微流道中聚合物流动性能的影响研究

为了研究超声波作用下的聚合物材料流动性能及其影响因素,利用自主开发的聚合物超声波辅助挤出测试系统,进行了超声波作用下聚合物熔体在微流道管壁的剪切力、剪切速率和表观黏度的测试,并在与传统稳态挤出相比较基础上,分析了超声波对微流道中聚合物熔体流动性能的影响。实验结果表明,引入超声振动后,微流道的入口压力降有明显降低,并且随着熔体剪切速率的增加而增大;超声振动作用下聚合物熔体剪切速率存在临界值,当剪切速率小于临界值时,超声下聚合物黏度小于传统稳态挤出聚合物黏度,反之,超声聚合物黏度大于传统挤出聚合物黏度。     

短圆管挤出模头中熔体取向行为对螺杆轴向振动响应的光散射研究

利用光散射测量方法研究了短圆管挤出模头中聚合物熔体取向行为对螺杆轴向振动的响应。研究结果表明,螺杆轴向振动使聚合物熔体的流动状态和大分子的取向发生了显著的变化,振动力场中振幅或频率的增加都会引起熔体中大分子取向程度的增大。     

微层共挤出过程层叠单元流道三维流场分析

采用Cross-WLF本构方程,建立了层叠单元流道短纤维填充聚合物注塑成型充填阶段三维黏弹数值模型,运用有限元法,对聚合物熔体在层叠单元流道中注塑流动过程进行数值模拟。研究了层叠单元流道中聚合物熔体的流动过程、剪切场分布以及微层剪切流场对短纤维填料的取向作用。结果表明:分流道结构的微小差异会引起聚合物熔体流动波前的不一致,但最终趋于平稳流动状态;聚合物熔体进入扭转、展宽、变薄的区域时,由于流道结构和尺寸突变,剪切速率急剧增大,影响了流动的稳定性;层叠单元流道的结构设计有利于聚合物熔体中短纤维的取向。     

动态成型注塑螺杆熔体输送能力的研究

根据动态注射成型时螺杆的工作特点，采用自行修正的Tanner本构方程研究了聚合物熔体在螺槽中的等温流动。同时，近似地给出了振动力场下注塑螺杆熔体输送能力的表达式，理论分析了振动参数对沿程压力降及动态成型熔体输送能力的影响。结果表明，振动力场使塑化过程中聚合物的粘度降低，流动阻力减小。沿螺槽方向的平均压力降减小，在保持成型条件不变的情况下，施加振动可以提高熔体输送能力。     

聚合物熔体缝模内脉动挤出过程的研究

研究了振动场作用下聚合物熔体通过狭缝型流道的脉动挤出过程,探讨了振动参数与聚合物熔体铗缝流的压力降和流率之间的相互关系。结果表明,随着振动场频率和振幅的增加,聚合物熔体狭缝流的压力降减小,流量增率增大。     

聚合物动态注射过程表观粘度的实时表征与分析

建立了模具锥形流道中熔体的动态表观粘度模型,通过实验的方法测得流道两端压力降,表征出动态充模过程流道中熔体的实际表观粘度。依靠实验及数据计算,检验此模型能够灵敏地定量反映外部加工条件对熔体表观粘度的影响。结果表明,在频率4Hz、振幅40μm时聚丙烯的注射充模表观粘度为最小,此模型的提出也为寻求其他聚合物动态注射时的最优振动加工参数组合提供了依据。     

中心浇口圆盘模腔正弦脉动充模分析

聚合物动态注射成型通过螺杆的轴向振动实现熔体脉动充模。利用Tanner本构模型建立了中心浇口圆盘模腔正弦脉动充模过程的数学模型,分析了振动参数对注射压力及熔体输送功率的影响。当充模过程的平均注射速率不变时,在一定频率与振幅范围内,模腔入口处的压力随振动源振幅(频率)的增大而增大,但其平均值降低;充模过程中输送熔体所需要的功率降低。     

振动挤出对LDPE熔融结晶行为的影响

通过对低密度聚乙烯(LDPE)毛细管动态挤出物进行测试分析,探讨了振动力场对聚合物挤出物熔融结晶行为的影响.发现在LDPE熔体流动过程中叠加适当的振动力场后,LDPE挤出物的熔融始态发生明显变化,结晶度不变的同时,晶粒大小有较大降低,并认为这是振动力场对聚合物内部结构产生影响的结果.研究结果对聚合物动态成型加工新技术的深入理论研究具有十分重要的意义.     

振动力场作用下聚合物熔体单螺杆挤出过程数值模拟

根据塑料电磁动态塑化挤出过程中熔体输送的实际情况，对三维模型进行简化，利用大型有限元软件ANSYS模拟了叠加轴向振动力场作用下聚合物熔体在螺槽中的流动情况，求解出周期性变化的速度，压力场分布，结果表明，与稳态挤出过程相比，振动力场的引入在进出口压力差恒定的情况下，可以提高熔全输送流率。采用有限元模拟方法可以为确定和优化工艺参数，产品质量控制提供指导。     

Cavity Pressure Response and Melt Flow Length During Dynamic Injection Molding

Employing a spiral channel mold and a set of cavity pressure measurement equipments from Kistler, the cavity pressure response and the maximum flow length during dynamic injection molding were studied. The processing conditions include injection velocity, injection pressure, mold temperature, vibration frequency, and vibration amplitude. The result shows that the maximum flow length can be improved by the dynamic injection molding. Especially at the lower injection pressure, the maximum flow length can be improved about 15%. From the curves of cavity pressure, we found that the cavity pressure undulated regularly in the dynamic filling phase, which is conduced by the screw vibration. During dynamic injection molding, the viscosity of the polymer flow reduces, and the capability of mold filling improves.     

Analysis on Pulsating Flow of Melt for Reciprocating Extrusion in the Screw Channel

In the reciprocating extrusion, the vibration force field (VFF) is applied to the entire plasticating process by the axial vibration of screw and the novel concept on the polymer dynamic plasticating process being strengthened has been brought forward in the paper. The mathematical model is established that describes the plasticating process under the VFF and the approximative analytical solutions of the velocity distribution, pressure gradient in the screw channel and the plasticating capability are obtained. The theoretical results show that the axial vibration of screw can accelerate the blend capability of polymer and make melt temperature more uniform. With increase of the vibration intensity, the effect of blend and plasticating is enhanced further. The average pressure gradient drops down the channel under the VFF because of lower virtual viscosity of polymer melt and smaller flow resistance in the channel. The comparison between the theoretical analysis and the experimental results shows the plasticating capability of melt is improved with increase of vibration intensity.     

聚合物球型螺杆电磁动态低温塑化挤出过程

为了研究振动场作用下聚合物低温塑化成型过程,研制了一套球型螺杆电磁激振挤出装置,建立了振动场作用下聚合物低温塑化成型的物理模型,深入分析了振动场作用下聚合物低温塑化机理,然后从振动耗散能、聚合物变形能、摩擦热、剪切热等方面分析了聚合物塑化的能量来源,并通过数学推导得出了能量输送密度的数学表达式。最后使用球型螺杆电磁激振实验台和低密度聚乙烯(LDPE)进行实验和理论计算,实验结果与理论计算结果符合很好,并得出结论:振动场的引入可以降低聚合物的成型温度40℃以上、可以节约单位质量物料成型能耗47%以上,同时可以提高制品力学强度。本研究将会为聚合低温成型工艺和成型设备的研究提供可靠的理论基础。     

复合应力场下挤出HDPE管材自增强的研究

用自行研制的能产生剪切和拉伸复合应力场的特殊挤出成型装置挤出HDPE管材,对管材周向、轴向力学性能进行了初步的研究。在通用级聚乙烯(DGDA6098)中添加高分子量HDPE后,发现该HDPE能够诱导DGDA6098沿应力场方向产生大分子取向和结晶,从而实现了复合应力场下管材力学性能的双向自增强。     

聚合物熔体流变性能对气辅注塑工艺的影响

应用ＨｅｌｅＳｈａｗ物理模型和改进的Ｃｒｏｓ流变模型及有限元算法对５种聚丙烯的气辅注塑过程进行模拟,研究不同聚丙烯材料在充模速度相同的条件下的压力及锁模力变化规律。结果表明,气辅注塑在气体注射后与传统注塑有较大差异,所需压力、锁模力均比传统注塑有显著降低,且聚合物的熔体流动速率越小,气体注射后产生的压力降越大,表明在生产中应尽可能选用高熔体流动速率树脂以利于气辅注塑工艺。     

Studies on wire coating extrusion. I. The rheology of wire coating extrusion

Wire coating extrusion was studied, both experimentally and theoretically, using a pressure-type die. For the experimental study, a wire coating apparatus of laboratory scale was constructed, consisting of a pay-off device, extruder, cross-head and pressure-type die, cooling trough, and take-up device. The materials used were low- and high-density polyethylenes and thermoplastic rubber. The following measurements were taken during the experiments: (1) the axial pressure profiles in the die, (2) melt flow rate, and (3) take-up speed. The measurements were then used to determine the effect of the rheological properties of the polymers on the performance of the wire coating operation. It was found that a reduction in axial pressure gradient and a reduction in the recoverable elastic strain of a molten polymer at the die exit can be realized as the speed of the wire is increased. For the theoretical study, using a power-law model, the equations of motion were solved numerically to predict the volumetric flow rate as functions of the pressure gradient in the die and the rheological properties of the polymer being extruded. Solution of the system equations permitted us to predict the velocity profile and shear stress distributions of a molten polymer inside a pressure-type wire coating die.     

振动力场下填充聚合物挤出过程研究

研究了利用塑料电磁动态塑化挤出机加工ＰＰ／ＣａＣＯ３和ＬＤＰＥ／ＣａＣＯ３时的动态挤出过程,探讨了振动力场对聚合物填充体系挤出过程扣影响规律和作用机理。结果表明,在一定的振动条件下,振动力场的作用使挤出压力减同功率降低,混合分散效果明显提高。