聚合物熔体在任意长径比圆锥口模的挤出胀大唯象研究

深入讨论了聚合物熔体在不同长径比、不同角度圆锥口模的挤出胀大现象及机理。对口模长径比较小的挤出胀大,由于熔体入口拉伸弹性变形来不及松弛,产生较大的挤出胀大;对长径比较大的口模,熔体在平直流道内停留时间较长,入口弹性形变逐渐松弛,这时主要是流动剪切应变引起的弹性变形,产生较弱的挤出胀大,比长径比小的挤出胀大来得小,并且聚合物熔体的挤出胀大随着长径比的增大而趋向一恒定值。结果还表明:聚合物熔体在圆锥口模的挤出胀大受到挤出口模入口角影响。当L/D较小时,挤出胀大与口模入口角有关;当L/D较大时,口模入口角对挤出胀大影响较小。     

不同角度圆锥口模对聚合物熔体挤出胀大的影响

从理论上和实验上研究了圆锥挤出口模的几何结构对挤出胀大的影响,引入口模入口角、流动自然收敛角来计算圆锥型口模的挤出胀大比,从理论上和实验上指出聚合物熔体在圆锥口模的挤出胀大受到挤出口模入口角影响的一些规律.结果表明,不同角度圆锥口模挤出过程中,熔体在收敛流道受到拉伸流变,导致强烈的入口弹性效应,表现出熔体在不同角度圆锥口模挤出时有不同的挤出胀大比.当L/D较小时,挤出胀大与口模入口角有关,口模入口角θ为15°、30°时,挤出胀大较小,当口模入口角θ=45°～120°时,挤出胀大较大,但在这个圆锥口模入口角范围内,口模入口角的变化对挤出胀大影响很小;当L/D较大时,口模入口角对挤出胀大影响较小.     

聚合物熔体在圆锥短口模的挤出胀大方程

深入讨论了聚合物熔体在不同长径比、不同角度圆锥短口模的挤出胀大现象及机理，利用生产用挤出机进行不同角度的圆锥短口模实验。结果表明，圆锥短口模挤出过程中，熔体在收敛流道受到拉伸流变，导致强烈的入口弹性效应，表现为熔体在短口模挤出时显著的挤出胀大。理论和实验研究结果进一步表明不同圆锥口模入口角对实验材料表现出有不同的挤出胀大值。     

回收料制备人造草丝熔体的流变性能研究

采用聚合物动态流变测试仪研究了含回收料的人造草丝熔体的流变性能,探讨了回收料用量、温度、口模长径比对熔体表观黏度和挤出胀大比的影响。结果表明,人造草丝熔体属于假塑性熔体,其表观黏度随剪切速率和回收料用量的增加而降低。在剪切速率500s-1时,回收料用量越低,熔体的表观黏度降低越明显;剪切速率1800s-1时,熔体的表观黏度变化平缓且较为接近。对于100%回收料草丝熔体,其表观黏度随温度的升高和口模长径比的减小而降低;挤出胀大比则随温度的升高和口模长径比的增大而降低。     

T型口模气辅段长度对挤出胀大的影响

用流体有限元分析软件Polyfl ow对T型口模挤出模型进行模拟,研究了口模内熔体的速度场和压力场,并结合熔体的速度场、压力场,着重分析了气辅段长度对挤出胀大的影响。研究发现,在气辅挤出的气辅段中,熔体的流动速度基本趋于一致;气辅挤出口模内熔体的最大压力远小于普通挤出,熔体内应力更小;当气辅段长度为10~30 mm时,挤出胀大比随气辅段长度的增加大幅度减小,当气辅段长度超过30 mm时,挤出胀大比随气辅段长度增加变化微小且逐渐趋于1。设计口模时,应根据需要设定合理的气辅段长度。     

高填充性聚丙烯基纳米复合材料挤出胀大行为研究

使用毛细管流变仪考察了3种高填充聚丙烯（PP）纳米复合材料的挤出胀大行为,研究了口模温度、剪切速率、熔体压力、纳米粒子填充比例和纳米粒子形貌对PP纳米复合材料熔体挤出胀大比的影响。结果表明,3种PP纳米复合体系熔体的挤出胀大比均随口模温度的增加而减小,且大致呈线性关系;随着剪切速率的增大而增加,且随着填料填充比例的增加有减小的趋势;随着熔体压力的增大而增加,并且随着熔体压力的增加,其挤出胀大比随填料填充比例的增加而减小的幅度下降;3种颗粒形貌纳米粒子填充体系中,在相同的体积分数和温度下,片状结晶纳米氢氧化镁［Mg（OH）2］填充体系熔体挤出胀大比最小,球状纳米碳酸钙（CaCO3）填充体系熔体挤出胀大比最大,棒状粒子埃洛石纳米管（HNTs）填充体系熔体挤出胀大比介于两者之间。     

表面张力对微挤出流场的影响

针对表面张力对微挤出成型流场的影响,利用Polyflow软件进行了微圆管流场的数值模拟,研究了表面张力的尺度效应及熔体表面张力系数和接触角对微挤出流场的影响。结果表明,挤出口模尺寸越小,表面张力对熔体挤出胀大的影响越明显;挤出口模尺寸及熔体法向进口速度不变时,表面张力系数增大,熔体挤出胀大增大,挤出口模内熔体的进出口压强增大,自由表面出口负压增大;随着接触角的增大,熔体挤出胀大减小、挤出口模内熔体的进出口压强减小,自由表面出口负压先增大后减小。     

气辅挤出成型中挤出物直径的理论预测和实验研究

应用Polyflow软件对粘弹性聚合物熔体在气辅挤出口模内的流动进行了研究,得到了挤出物直径的挤出胀大比方程。模拟结果表明,熔体在滑移段的平均停留时间与材料松弛时间之比同挤出胀大比之间存在指数衰减关系。通过HDPE的气辅挤出成型实验,发现不同螺杆转速及挤出温度下挤出物直径的实验值与计算值达到很好的吻合,该计算方法可用于指导气辅口模设计。     

LDPE熔体在不同角度圆锥口模的挤出流变分析

深入讨论了聚合物熔体在不同角度圆锥口模的挤出胀大现象及机理,利用生产用挤出机进行不同角度的圆锥口模挤出实验,结果表明,圆锥口模挤出过程中,熔体在收敛流道受到拉伸流变,导致强烈的人口弹性效应,表现出显著的挤出胀大。通过实验研究进一步发现,不同的口模人口角对实验材料表现出不同的Bagley校正因子和可回复弹性应变。     

EPDM/PP热塑性弹性体的制备及其流变特性

以聚丙烯(PP)和三元乙丙橡胶(EPDM)等为原料,采用完全动态硫化共混技术制备EPDM/PP热塑性弹性体(TPV),使用毛细管流变仪对TPV熔体的流变特性进行测试。分别研究了剪切速率、挤出温度对黏度、剪切应力和挤出胀大比的影响,以及不同条件下熔体流过毛细管口模时流速对压力降的影响。结果表明,TPV熔体是假塑性流体,其剪切应力随剪切速率增大而增大,随挤出温度的升高而降低;黏度随剪切速率和挤出温度的增大而降低;挤出胀大比则随剪切速率和挤出温度的增大而增大;毛细管口模的压力降也随流速和毛细管口模长度的增大而增大。     

Effects of die temperature on extrudate swell in screw extrusion

Extrusion of a hot polymer melt through a cooler die zone substantially increases the extrudate swell of some thermoplastics. This effect was examined for commercial samples of low-density polyethylene, polypropylene, and polystyrene. Two conflicting effects come into play during extrusion of a thermoplastic. Colder melt temperatures promote increased extrudate swell, but the same conditions also facilitate molecular disentanglement and reduced melt elasticity and die swell. Since the extrusion process itself may affect the relation between die swell and melt temperature, laboratory-scale measurements for the design of processes like blow molding are better carried out with small-scale screw extruders than with capillary rheometers. For some applications it may be advantageous to use a polymer whose die swell is particularly responsive or unresponsive to die temperature variations. The procedure described in this article can be used effectively to monitor this characteristic.     

聚合物熔体在圆锥口型的挤出胀大方程

在聚合物熔体入口收敛流变中引入纯拉伸流变概念，应用张量理论进行了定量分析，导出了一个描述圆锥口型的挤出胀大方程。研究表明，入口收敛拉伸流变，是取合物熔体产生了强烈的弹性形变，导致了较大的挤出物胀大比。     

LDPE熔体在圆锥型短口模挤出过程的粘弹行为研究

主要研究不同入口圆锥角短口模流道挤出流动过程中聚合物熔体的粘弹特性,以及在口模流动过程压力损失,入口弹性贮能和挤出胀大比之间的关系。对于不同的口模入口角,有不同的剪切速率与剪切应力的规律,流变曲线各自不同。同时,不同的圆锥入口角,表现出不同的Bagley校正因子对应不同的挤出胀大值,反映了聚合物熔体在不同圆锥入口角短口模挤出过程拉伸弹性形变特性的差异。聚合物熔体在不同入口圆锥角短口模挤出流动过程的压力降,依赖口模流道的几何形状(入口角、长径比)、温度、流动速率等,入口损失主要归因于拉伸形变的弹性贮能。     

熔体挤出速度对共挤吹塑型坯离模膨胀影响的数值模拟

基于三维非等温黏弹性熔体多相分层流动有限元数值模拟技术,模拟研究了熔体挤出速度对多层共挤吹塑成型环坯离模膨胀和初始温度场的影响规律,揭示了型坯离模膨胀的产生机理。结果表明,多层共挤吹塑成型环坯离模膨胀是由熔体的二次流动诱发而产生,与熔体流出机头进入自由膨胀段的二次流动强度成正比,而其二次流动强度随着熔体挤出速度的增大而增强,因而导致环坯离模膨胀随着熔体挤出速度的增加而增大;多层共挤吹塑成型熔体的二次流动强度与其第二法向应力差成正比关联关系,这与Debbaut的试验研究结论完全吻合,表明二次流动是由第二法向应力差驱动而产生。     

Elastic Behavior Analysis of Polymer Melt Extruding through Capillary with An Additional Sinusoidal Vibration

Summary A novel rheological measuring apparatus was designed by the authors, which introduced an additional sinusoidal vibration in parallel on the extruding direction of polymer melt and was called as Constant Velocity Dynamic Capillary Rheometer in this article. After introducing different melt extrusion speeds and different intensities of vibration, the rheological measuring experiments for a LDPE melt were done respectively by using above-mentioned apparatus, and a mathematical model for the primary normal stress difference of polymer melt under the action of vibration was set up accordingly. Then, the change laws of die swell ratio and those of the primary normal stress difference under different frequencies and amplitudes of vibration were obtained. Compared with the stable state extrusion, after introducing an additional sinusoidal vibration, the die swell ratio and the primary normal stress difference of polymer melt are all decreased obviously.     

管壁厚度对微挤出成型的影响分析

基于Bird-Carreau黏度模型,运用有限元方法对三维等温微管挤出成型流动模型进行了数值分析,主要研究了管壁厚度对微管挤出成型过程中挤出胀大、速度分布、剪切速率和口模压降等重要指标的影响。结果表明,当熔体入口体积流率相等时,随着管壁厚度的增大,挤出物挤出胀大率和横截面尺寸变化量增大;口模出口端面上熔体的二次流动增强,但挤出速度和剪切速率减小;熔体在口模内的压力降明显下降;适当增加管壁厚度,有利于提高微管挤出质量。