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。     

挤出吹塑型坯的膨胀

本文系统地分析了挤出吹塑型坯的膨胀。介绍了两种测量型坯膨胀的方法,分析了机头结构(平直机头,发散机头与收敛机头)、树脂的流变性能与分子量分布及挤出条件(熔体温度、流动速率及剪切速率)对膨胀的影响。本文认为,聚合物熔体的离模膨胀主要由其分子的取向效应引起。     

3D挤出吹塑型坯吹胀的数值模拟

采用超弹本构模型对挤出吹塑型坯吹胀进行了3D数值模拟，得到了型坯在吹胀过程中的型坯轮廓曲线分布以及吹胀完毕时的型坯壁厚分布，模拟的结果与文献的实验结果相吻合；探讨了材料的性能、初始条件和吹胀压力等工艺条件对吹胀完毕后的壁厚分布影响，这为在实际生产获得最佳的加工工艺参数提供了依据。     

挤出吹塑中型坯成型的有限元模拟——型坯尺寸预测

建立了塑料挤出吹塑中平直型机头内非牛顿粘弹性熔体的流动模型，并利用POLYFLOW有限元软件进行求解，预测了不同型坯长度和不同流量时的型坯尺寸分布。     

异型材挤出成型过程三维等温黏弹性的数值模拟

针对异型材挤出成型流动过程的特点，基于PTT黏弹性本构模型，经合理假设，建立了描述其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，系统研究了松弛时间和进口流量对异型材挤出成型过程的影响，得出了离模膨胀随松弛时间、进口流量增大而增大的规律。并通过理论分析，揭示了第一法向应力差决定离模膨胀的机理。数值模拟结果与传统的挤出实验研究结论相吻合。     

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...     

改性聚乙烯醇挤出吹塑型坯膨胀研究

采用在线流变仪对改性聚乙烯醇(PVA)进行剪切粘度测试.结果表明,在测试的剪切速率范围内(50～650 s-1),改性PVA熔体的剪切粘度为200～600 Pa·s,与吹塑级高密度聚乙烯的剪切粘度相当,因而可用于吹塑中空容器.研究了模口间隙、挤出流率和模口温度对改性PVA型坯膨胀的影响.结果表明,挤出流率增加、模口间隙减小、模口温度降低均可不同程度地提高型坯的直径膨胀和壁厚膨胀.     

聚氯乙烯通过矩形口模挤出时离模膨胀的研究

本文就ＰＶＣ材料通过矩形口模挤出时口模的几何参数和剪切速率对高模膨胀的影响进行实际研究，从理论上加以分析，对这些特征规律的认识，有助于指导挤塑模头的正确设计。     

二维口模气辅共挤的有限元分析及其对挤出胀大的影响

气辅共挤成型是一种新型的聚合物挤出成型技术。其实质是将气辅挤出技术应用于共挤成型技术,发挥气辅挤出和共挤成型等优点。对气辅共挤进行二维建模,并对其进行有限元分析,结果表明气辅共挤较传统共挤有部分消除挤出胀大的作用。     

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.     

圆管气辅挤出中挤出胀大模拟研究

针对圆管型气辅挤出工艺,建立模拟分析几何模型,选用PTT黏弹性本构方程,采用Polyflow有限元仿真软件模拟研究不同挤出流量、管径、壁厚及气辅段长度时挤出制品的挤出胀大。结果表明,传统挤出时挤出胀大比随挤出流量的增加而大幅增大,气辅挤出时挤出胀大比随其提高而增长甚微,其值始终接近1,可忽略不计;气辅挤出时挤出胀大比随管径增大而微弱增加,随壁厚增大而微弱减小,且都可得到基本消除;挤出胀大随气辅段长度增长而减小,最终趋于1。     

方形口模气辅挤出成型的挤出胀大计算机模拟

建立了气辅挤出成型过程的理论模型,运用Fidap软件对方形截面口模的挤出成型过程进行了计算机模拟,研究结果表明:对比传统挤出时产生的挤出胀大现象导致挤出制品的形状和尺寸均发生变化,气辅挤出成型在不同挤出速度下均能有效减小挤出胀大现象,因而能够精确控制挤出制品的形状和尺寸,有利于实现高速精密挤出成型。     

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。     

聚合物熔体矩形流道挤出胀大的数值模拟

运用Picard迭代格式的有限元方法,采用Wagner积分型本构方程对黏弹流体挤出胀大进行三维模拟分析。每次迭代根据新的自由面边界位置重新划分网格,由前一次迭代得到的速度场,算出单元高斯点流线,沿流线积分计算应力,把应力作为拟体力,建立非线性方程组迭代格式。对不同宽度和长度的矩形流道的挤出胀大进行模拟计算,分析了流道宽度和长度对胀大率的影响,结果表明,随着宽厚比的增加,厚度胀大率随之增加,随着流道长度的增加,胀大率逐渐下降。并把结果与二维狭缝流道的数值模拟和实验结果相比较, 结果表明,用该方法对黏弹流体挤出胀大流动进行三维模拟是可行的和准确的。     

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。     

气辅挤出过程中挤出胀大的实验和模拟研究

气体辅助挤出是一种新型挤出工艺,可以显著减小挤出胀大,减小口模压力降。对气辅挤出过程中的挤出胀大现象进行了实验研究和数值模拟,在实验研究中,对传统挤出和气辅挤出进行了对比实验,分析了螺杆转速、辅助挤出气体压力和流量对挤出胀大的影响,并采用CFD有限元通用软件FIDAP分析了气辅挤出过程中口模内的速度场和压力场。     

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。     

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。     

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。