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。     

聚合物异型材气辅口模挤出成型气辅滑移对异型材挤出胀大的影响

基于流变学和流体动力学理论，经合理假设，建立了描述异型材气辅口模挤出成型过程的三维等温黏弹性理论模型，并通过DEVSS／SUPG、最小元法Mini—Element和罚函数法等稳态有限元技术，建立了与该模型相适应的快速收敛的稳态有限元数值算法，并以此通过有限元数值模拟，系统研究了聚合物异型材气辅口模挤出成型过程的机理。研究结果表明：在异型材的挤出成型过程中，随着滑移系数的增大，离模膨胀也增大。聚合物异型材气辅挤出成型能基本消除挤出成型中的离模膨胀和翘曲变形。同时，解决了由于离模膨胀和翘曲变形引起的挤出口模难于设计的技术难题。     

PTT熔体在塑料异型材挤出口模内黏弹流动的数值模拟

采用PTT黏弹模型,对聚合物熔体在T型异型材挤出口模内的三维等温流动进行数值模拟,得出口模内外速度、剪切速率、压力和应力分布.结果表明:由于出口效应,在口模出口处,速度、剪切速率、压力分布均发生突变.这种突变有可能造成负压,从而引发熔体破裂.口模内二次流动产生的剪切应力甚至会超过因挤出流动产生的剪切应力.应力易集中发生在口模截面的拐角处,随着挤出流量的增加,口模内最大剪切应力和最大第一法向应力差几乎线性地增加,而不会急剧增大.     

聚合物多层共挤成型离模膨胀过程的三维黏弹性数值模拟

共挤成型中,聚合物黏弹特性与过程参数波动的耦合作用会产生波动的离模膨胀,使得根据共挤制品的形状设计相应的共挤定型口模在工程上仍是一项技术挑战。基于这一技术问题,通过建立的稳态有限元数值算法,系统研究了过程参数和黏弹性流变性能参数对共挤成型离模膨胀的影响规律和机理。研究结果表明,多层共挤口模芯壳层熔体离模膨胀是由熔体的二次流动引起,主要取决于芯壳层熔体二次流动的方向与强度。熔体二次流动的方向与第二法向应力差的正负号有关,而熔体二次流动的强度则与第二法向应力差大小呈正比。芯层熔体的离模膨胀与口模出口和混合区进口处芯层熔体向外的二次流动强度呈正比,而壳层熔体的离模膨胀取决于壳层熔体内外界面向外的二次流动的相对强度。研究还表明芯、壳层熔体及口模整体的离模膨胀随着壳层熔体黏度的增大而增加,而随着壳层熔体进口流量的增大而减小。     

聚合物挤出口模设计的数值研究进展

综述了国内外数值研究聚合物挤出口模设计的进展。在壁面无滑移条件下,早期数值模拟了聚乙烯、硬质聚氯乙烯、聚丙烯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯、聚苯乙烯、橡胶等聚合物口模挤出过程,优化设计了棒材、管材、板材和异型材的挤出口模。近年来,数值研究壁面滑移条件和工艺条件对口模流道内熔体流场的影响,深入研究制品的离模膨胀行为。研究表明,改善壁面条件有助于减小聚合物制品的离模膨胀比,有利于提高制品品质。     

异形医用双腔导管挤出离模膨胀变形机理与调控

如何准确预测和精密调控异形医用双腔导管的离模膨胀变形是实现其精密成型的关键技术。通过传统和气辅精密成型的对比分析，研究表明离模膨胀变形是由熔体的第二法向应力差驱动的径向二次流动所诱发，传统挤出成型会产生较大的第二法向应力差，第二法向应力差驱动诱发的径向二次流动是离模膨胀变形的直接驱动力，从而导致传统挤出成型的异形医用双腔导管不仅产生离模膨胀，而且还产生椭圆度误差，其最大离模膨胀比和椭圆度误差分别为1.86和6.3 %。异形医用双腔导管的气辅精密挤出成型基本可以消除熔体的第二法向应力差，必然消除了挤出成型过程的径向二次流动，从而实现了异形医用双腔导管的精密控形。     

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。     

壁面滑移条件下聚合物微共挤成型机理探究

基于壁面滑移条件，建立了微小流道内聚合物黏弹三维共挤出流动模型，并运用有限元方法对流动模型进行了模拟计算。为探究壁面滑移条件下聚合物熔体工艺条件和物性参数对成型的影响，分别设置芯、壳层熔体不同的流率比和黏度比，通过分析流道内外的熔体速度分布及层间界面形貌，探究了无滑移和完全滑移两种壁面条件下，熔体流率和黏度对聚合物微共挤成型层间界面的影响规律。结果表明，无滑移壁面条件下，熔体层间界面不稳定，口模内和口模外界面均发生偏移，且在口模出口处发生突变，熔体离开口后存在胀大和变形现象，其胀大和变形程度随着熔体入口流率比和黏度比的变化而变化；完全滑移壁面条件下，口模内熔体层间界面发生偏移，但口模外界面稳定，不存在挤出胀大和变形，且不受熔体入口流率比和黏度比的影响，这对实现聚合物微复合制品的精密成型具有重要意义。     

不同工艺参数时快速降压口模的数值模拟

在微孔塑料连续挤出成型中,运用Ployflow软件对快速降压口模内熔体流动进行模拟分析,研究了不同CO2浓度、不同熔体体积流量对口模内熔体压力、速度分布及挤出胀大影响。结果表明,口模内熔体压力降在一定的范围内随着熔体体积流量的增大而增大,随着CO2浓度的升高而降低;一定范围内,CO2浓度对口模出口处熔体平均速度的影响不明显,而熔体体积流量对口模出口处熔体平均速度的影响很明显;对于挤出胀大的影响,CO2浓度不宜过高或者过低,2 %（质量分数,下同）时表现最佳;在一定熔体体积流量的范围内,熔体体积流量越高,挤出胀大表现得越不明显。     

聚合物微型零件的热流固耦合变形特性

以聚合物微型机械运动副模内微装配成型为研究对象,研究了二次成型过程参数和微型轴约束对二次成型充填流动诱发的预成型固体微型轴热流固耦合变形的影响规律和机理。结果表明,预成型微型轴的热流固耦合变形随着二次成型熔体注射温度的提高而增加,而随着预成型微型轴在二次成型模腔中二端的约束程度增加而减小;减小二次成型充填熔体的注射温度或增大微型轴约束程度有利于减小二次成型熔体充填流动诱发的预成型微型轴的热流固耦合变形,可提高聚合物微型运动副微装配成型加工精度。     

工艺参数对聚合物气辅共挤成型的影响

利用流体力学有限元分析软件对二维气辅共挤出过程进行数值模拟,研究各工艺参数对聚合物气辅共挤成型的影响.结果表明,速度场的峰值和压力峰值会随着流量的增加而增加;气辅共挤时熔体流动稳定,呈柱塞状挤出;气辅共挤可以有效提高挤出速率,防止制品表面的"鲨鱼皮"现象.     

Die design for rigid PVC—the effect of die land length on extrudate swell

PVC profile extrusion compounds have a unique morphology. While other polymers gradually decrease in extrusion die swell with increasing length/thickness (L/D) ratio, PVC profile extrusion compounds have a low die swell, quite independent of the die's L/D ratio in the range of 5 to 20. The fact that the die land length can be changed without changing the extrudate swell is an important consideration, which makes die design and balancing dies simpler and easier for PVC profile extrusion compounds. While other polymers substantially increase extrudate swell with increased shear rate, the swell of the PVC profile compounds is not much affected by shear or extrusion rate. This unique behavior allows wider processing latitude in profile extrusion and faster extrusion rates than with other polymers. Another unique factor in the rheology of PVC profile extrusion compounds is that extrusion die swell increases with increasing melt temperature, while other polymers have decreasing die swell with increasing melt temperature. The unusual rheology of PVC profile extrusion compounds is attributed to its unique melt morphology, where the melt flow units are 1 um bundles and molecules that have low surface to surface interaction and entanglement at low processing temperatures but increased melting and increased entanglement at higher processing temperatures. Other polymers, unlike PVC, have melt flow at the molecular level.     

Experimental study on extrudate swell and die geometry of profile extrusion

The objective of this study was to determine the die swell behavior of a polymer melt and to design a die for forming a polymeric extrudate with a desired shape using profile extrusion. Polystyrene pellets were chosen to perform the profile extrusion experiments. First, the polystyrene pellets were melted and pushed through a quarter ring profile. The profile of the swelled extrudate agreed with the numerical predictions. A modified die was designed to produce a quarter ring profile extrudate based on the direct extrusion problem (DEP) prediction. Polystyrene pellets were also melted and pushed through the modified die. The experimental results were close to the computational results. The melting temperature, die length, and melting residence time affect die swell behavior. The die swell ratio becomes smaller as the melting temperature and melting residence time are increased. As the die length is increased, the die swell ratio is lowered. According to the die geometry predictions, an extrudate with the desired profile can be made precisely.     

L形异型材共挤胀大及变形的三维非等温数值模拟

采用PTT本构方程,应用Arrhenius方程来描述温度对黏度的影响,建立了L形双层共挤模型,通过有限元方法分析了聚丙烯（PP）和聚苯乙烯（PS）熔体的三维非等温黏弹流动过程,对比分析了2种材料在不同组合情况下口模出口面的速度场、剪切速率场以及共挤出胀大和变形情况。结果表明,L形分层共挤的胀大和变形不仅与2种熔体黏度差异有关,还与口模截面形状有关;黏度较低的PP会向黏度较高的PS一侧偏转,且PP有包覆PS的趋势;黏度较低的PP位于L形内侧时共挤出胀大和变形程度大于其位于外侧时,且两熔体黏度差异越大,两方案的共挤出胀大和变形程度的差异越大。     

发射药药料离模膨胀和流动均匀性模拟及在模具设计中的应用

为了分析挤出成型过程中模具结构参数对七孔硝基胍发射药离模膨胀率及流动均匀性的影响规律,采用计算流体力学方法,对挤出成型过程进行模拟计算,讨论了模具各结构参数重要性的主次关系;对七孔发射药制备模具进行了结构优化,并进行了实验验证。结果表明,模具收缩角对膨胀率和药料出口速度均匀性的影响最大,压缩段高度次之,成型段长度的影响最小。模具优化后流道出口端速度分布均匀性提高36.53%,表明该模拟计算的可靠性与实用性。