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。     

聚合物熔体层厚对黏性包围影响的数值分析

基于PTT黏弹本构模型和广义Navier's滑移理论,建立了三维方形截面双层共挤流动数值模型,运用有限元方法对数值模型进行了模拟分析,主要研究了熔体层厚对聚合物共挤成型过程中"黏性包围"程度、第二法向应力差及界面形貌的影响。研究结果表明,共挤成型过程中,"黏性包围"程度随着熔体层厚比的增大而增大;"黏性包围"现象与靠近口模壁面处两熔体的第二法向应力差有关;随着高黏度熔体层厚的增大,层间界面偏转程度减小,适当增大高黏度熔体层厚,有利于改善层厚均匀性,提高制品质量。     

熔体层厚度对L形异型材包覆共挤成型影响的数值模拟

以L形包覆共挤异型材为研究对象,采用Phan-Thien-Tanner(PTT) 本构方程,通过有限元方法分析了包覆共挤成型过程中的挤出胀大现象。结果表明,熔体层厚度的变化对整体挤出胀大率基本无影响,而对壳层、芯层胀大率及共挤界面L形内直角处沿X、Y方向的偏转均有较大的影响;当整体口模尺寸不变时,在口模出口处的最大剪切速率不受壳层、芯层厚度变化的影响。     

马鞍型异型材挤出成型过程三维等温粘弹性的数值模拟

基于PTT粘弹性本构模型,通过马鞍型异型材挤出成型过程的全三维稳态等温有限元数值模拟,系统研究了聚合物粘弹性流变性能参数和成型工艺参数对异型材口模挤出成型过程的影响规律,并揭示了其影响机理.研究结果表明,聚合物异型材口模挤出离模膨胀是由口模出口处的二次流动引起,离模膨胀比随着口模出口处的二次流动强度增加而增大.聚合物异型材口模挤出离模膨胀随着进口流量和聚合物熔体松弛时间的增加而增加,而随着聚合物熔体材料常数和粘度比的增大而减小.     

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。     

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。     

熔体层厚对聚合物共挤出胀大的影响

基于流变学理论和Phan-Thien-Tanne本构方程,建立了三维等温黏弹共挤成型流动过程的数值模型。运用有限元方法对数值模型进行了模拟计算,研究了熔体层厚对共挤成型的影响,分析了熔体层厚对挤出胀大率、偏转变形及界面形貌的影响。结果表明:熔体层厚对挤出胀大率和界面形貌的影响较大,随着熔体层厚的增加,挤出胀大率减小;随着共挤出熔体层厚差值的增大,界面形状趋于不稳定;熔体离开口模后产生低黏度熔体向高黏度熔体一侧偏转变形,但变形程度受熔体层厚的影响不大。     

黏度对Y形包覆共挤成型影响的数值模拟

采用Phan-Thien-Tanner(PTT)本构方程,建立Y型包覆共挤模型,通过有限元数值算法系统模拟黏度对包覆共挤成型离模膨胀的影响规律。结果表明:随着熔体处黏度的变化,熔体胀大率及包覆共挤变形均有较大的变化,当内层处熔体黏度增大,而外层处黏度减小时,包覆共挤出挤出胀大率减小。     

气辅对L形异型材包覆共挤胀大影响的数值模拟

采用PTT本构方程,运用有限元方法对低密度聚乙烯/高密度聚乙烯（PE-LD/PE-HD）熔体的包覆共挤过程进行了三维等温黏弹数值模拟。对比分析了2种熔体在传统和气辅包覆共挤过程中挤出胀大及在不同条件下气辅包覆共挤熔体的挤出胀大。结果表明,气辅包覆共挤过程中,当芯层与壳层熔体的单位体积流率相等时,整体、芯层及壳层胀大率不随松弛时间的增加而变化,一直保持为零,而当芯层与壳层熔体的单位体积流率不等时,单位体积流率较大的熔体表现为挤出胀大,较小的表现为挤出收缩。     

C形口模共挤出胀大的三维黏弹数值研究

运用有限元方法,采用PTT本构方程和Arrhenius黏度对温度依赖方程,对C形共挤口模中的聚丙烯(PP)和聚苯乙烯(PS)两熔体进行了三维非等温黏弹数值研究,主要研究了口模入口端熔体层间界面位置（r）对挤出胀大率和界面位置稳定性的影响,研究表明,随着r的增大,口模出口处熔体的二次流动程度减弱,挤出胀大率减小;在两熔体入口流率相等的情况下,取使得两熔体入口面面积近似相等的r值,能保证口模内及口模出口端熔体层间界面位置稳定性较好。     

基于POLYFLOW模拟不同微孔形状及拉伸速率的共挤出流动

以聚酰胺6(PA6)和聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)两种聚合物为原料,应用POLYFLOW软件模拟并列型PA6/PET熔体共挤出过程的现象,讨论了2种熔体在不同入口角、不同长径比的微孔结构下的挤出胀大比的变化规律。结果表明:长径比较小时,入口角对挤出胀大比有一定的影响;长径比较大时,入口角对挤出胀大比几乎没有影响;随着长径比的增加,挤出胀大比逐渐减小。随着拉伸速率的增加,挤出胀大比减少;拉伸速率过大时,容易产生熔体破裂,因此,适当的拉伸速率可以减小挤出胀大比。     

A macromolecular deformation model to estimate viscoelastic flow effects in polymer melts

The elastic deformation of polymer macromolecules in a shear field is used as the basis for quantitative predictions of viscoelastic flow effects in a polymer melt. Non-Newtonian viscosity, capillary end correction factor, maximum die swell, and die swell profile of a polymer melt are predicted by the model. All these effects can be reduced to generic master curves, which are independent of polymer type. Macromolecular deformation also influences the brittle failure strength of a processed polymer glass. The model gives simple and accurate estimates of practically important processing effects, and uses fitting parameters with the clear physical identity of viscoelastic constants, which follow well established trends with respect to changes in polymer composition or processing conditions.     

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。     

聚合物气辅共挤对挤出胀大影响的数值模拟

采用计算流体力学软件建立了二维模型,以低密度聚乙烯和聚苯乙烯为研究对象分析二维模型的有限元.对比了气辅共挤和传统共挤过程中挤出胀大与熔体界面分布,研究了气辅共挤和传统共挤对口模压降、剪切速率分布及剪切应力分布的影响,将气辅共挤、传统共挤时口模压降与挤出胀大率的模拟、实验结果做了对比.结果表明:气辅共挤能有效减小甚至消除...     

高分子材料动态成型过程中熔体非线性行为的研究

借助流变测量和连续介质理论,不依赖已有的本构关系,对平行叠加正弦振动条件下高分子熔体经毛细管的动态挤出过程进行了理论分析。以低密度聚乙烯(LDPE)为原材料,实验测量LDPE熔体在一定振动频率和振幅下毛细管入口压力、体积流量和挤出胀大的瞬态值,即可得到动态成型过程中高分子熔体剪切应力、剪切速率和表观粘度的变化规律:随振幅和频率的变化,LDPE熔体的表观粘度呈非线性变化趋势;在不同的振幅和频率下动态挤出LDPE熔体,跟稳态挤出时一样,壁面剪切应力与壁面剪切速率也成非线性比例关系。