涤纶工业丝熔融纺丝过程的数值模拟

为了研究涤纶工业丝熔融纺丝过程熔体流动规律,根据企业用喷丝孔建立模型,运用三维有限元(Finite element method, FEM)数值模拟方法对涤纶工业丝熔融纺丝的过程进行了数值模拟,对比分析了喷丝孔收敛角、口模长径比以及喷丝孔入口流量对挤出过程温度场、速度场、剪切速率场以及压力场分布的影响。结果表明：温度场对喷丝孔结构变化不敏感,受入口流量影响较大;收敛角的增大会使熔体在收敛段速度增长趋势变大;长径比太大会使得熔体受口模段剪切作用增强,不利于速度均匀分布;入口流量大小对熔体流动状态影响较大。收敛角为73°,长径比为3的喷丝孔结构最有利于速度的均匀分布。     

不同长径比圆锥口模的挤出胀大分析

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,在理论计算上和实验过程证明,长径比较小的口模挤出胀大比远大于长径比较大口模的挤出胀大比,说明口模入口角处形成的收敛流场产生流动方向上的速度梯度,熔体受到拉伸形变产生较强烈的弹性效应,引证了收敛口模熔体流动以拉伸变形为主的事实,而且进一步说明聚合物熔体在口模的挤出胀大主要受到入口收敛流动产生的弹性回复的影响,表现出熔体在短口模挤出时显著的挤出胀大.当长径比增大,入口效应引起的弹性形变在口模的平直段得到回复,此时熔体主要受到剪切流动引起的较弱的弹性形变,表现为挤出胀大较小.     

楔形收敛挤出口模内聚合物熔体流动的实验研究

利用可视化实验手段,动态拍摄了楔形收敛挤出口模内聚合物熔体的流动轨迹线,借助于轨迹线,分析了熔体在口模中的流动状态,同时通过实验得到了熔体在口模过渡区内的停留时间与挤出流量之间的关系。与计算机模拟的分析结果比较表明,计算机模拟结果与实验结果具有较好的一致性。     

阳离子可染聚酯的流变性能

为研究阳离子可染聚酯流变性能，使用毛细管流变仪以及旋转流变仪对特性黏度相近的普通聚酯及阳离子可染聚酯进行对比研究。结果表明：阳离子可染聚酯熔体与普通聚酯熔体一样表现出剪切变稀现象，为假塑性非牛顿流体。强极性磺酸基的引入使得分子间作用力变强且与基质极性的差距会使磺酸基之间聚集形成离子聚集体，所以阳离子可染聚酯熔体的黏度、结构黏度指数更高。可逆的离子聚集现象使得阳离子可染聚酯熔体对于温度、剪切速率的变化更加敏感。同时口模直径的增大使得熔体流动阻力、入口收敛流动、黏性耗散减少，造成阳离子可染聚酯熔体的剪切黏度上升，非牛顿指数增大，黏流活化能下降。旋转流变仪的实验结果说明，阳离子可染聚酯处于高温环境下时，磺酸基发生聚集且随着时间的延长而加剧，引起黏度的明显增大。     

熔喷非织造布用聚丙烯材料的挤出胀大行为

为确定不同因素对熔喷非织造布专用料挤出胀大行为的影响,采用毛细管流变仪,对不同温度、长径比、剪切速率、熔融指数等条件下熔喷非织造布专用聚丙烯材料的挤出胀大行为进行系统研究。结果表明熔喷非织造布专用聚丙烯材料的挤出胀大比受多种因素的共同影响。在熔喷非织造布的生产过程中,可通过选用高熔融指数的原料、提高加工温度、加大喷丝板长径比、优化喷丝孔入口角度等方式消除挤出胀大现象,减少并丝,提高非织造布质量。     

熔喷非织造衣架型模头中聚合物流动数值模拟

熔喷非织造设备中聚合物熔体分配流道主要采用衣架型模头,衣架型模头的设计对于熔体分配的均匀性乃至最终产品的均匀性至关重要。采用二维有限元方法对熔喷非织造衣架型模头中聚合物的流动进行了数值模拟,研究了衣架型模头的几何参数和流体特性对速度场的影响。结果表明:随着歧管倾斜角度和成型面高度的增大,模头出口处流率分布的均匀性逐渐提高;模头出口处流率分布还受流体幂律指数的影响,即针对某一幂律指数设计的衣架型模头,无论幂律指数增大还是减小,模头出口处流率分布的均匀性都将趋于恶化。     

环形微孔中钢针缩进量对中空纤维中空度和挤出胀大的影响

利用Polyflow数值模拟法,对使用圆形微孔内置同轴心钢针法纺制中空纤维过程中聚合物熔体的流速分布进行模拟.分析了钢针缩进量不同时,聚合物熔体在微孔内的流速分布变化和挤出胀大反应,以及聚合物熔体挤出胀大比的变化趋势和中空纤维中空度的变化.结果表明:聚合物熔体的挤出胀大比随钢针缩进量的增大而逐渐增大;中空纤维的中空度与钢针缩进量呈非线性关系;钢针缩进量为0.05 mm时,所制备的中空纤维的中空度最大,钢针缩进量为0.20 mm时,中空纤维的中空度趋于0.试验结果与模拟结果良好的吻合性说明,本文建立的模拟方法具有一定的可行性和可靠性.     

SiO2包覆TiO2粒子与聚丙烯共混物的剪切流变性能

以SiO2包覆TiO2纳米粒子为改性剂,与聚丙烯共混改性,用双料筒毛细管流变仪,测试分析了共混熔体的剪切流变性能。结果表明：改性剂的添加增强了聚丙烯的非牛顿性,当其质量为6%,剪切速率为500 s-1时的非牛顿指数较纯聚丙烯降低27.1%,在4500 s-1时该值较纯聚丙烯降低14.3%;改性剂增大了聚丙烯的流动阻力,在240 ℃、1184.29 s-1的剪切速率下,其黏流活化能和剪切黏度较纯聚丙烯分别增大68.4%和22.1%;升高温度能明显改善熔体的流动性能,改性剂质量分数为6%的共混物在250 ℃、剪切速率为584.80 s-1条件下,剪切黏度较230 ℃时下降37.1%。实验结果显示：通过合理控制添加比例、熔融温度和挤出工艺,可改善共混改性聚丙烯的可纺性。     

聚对二氧环己酮(PPDO)熔融加工性能研究

为探究聚对二氧环己酮(PPDO)的熔融加工性能，采用差示扫描量热法(DSC)研究了PPDO的热性能以及非等温、等温结晶性能；利用熔体流动速率仪和毛细管流变仪研究PPDO的熔体流动性能。结果发现，PPDO的非等温结晶过程呈现一次结晶趋势，而等温结晶过程则呈现明显的二次结晶，且结晶温度达到90℃时，二次熔融曲线由双熔融峰变为单熔融峰；熔体流动性研究表明，当特性粘度超过1.3d L/g后，PPDO会在剪切速率为200s^-1左右发生明显的熔体破裂，挤出样条表面呈鱼鳞状。这对PPDO的熔融纺丝加工过程具有指导意义。     

聚氯乙烯通过矩形口模挤出时离模膨胀的研究

研究了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离模膨胀的影响，并从理论上分析了其特征规律。     

单螺杆挤出机计量段模拟研究

针对3种不同类型聚乳酸(PLA)专用螺杆的计量段结构,运用Polyflow软件进行三维流场模拟3种不同类型混炼结构,分析聚乳酸挤出过程的三维等温流场。结果表明:在相同的工艺条件下,不同的单螺杆结构,流道内聚乳酸各物理量的值存在较大差异性;普通型单螺杆的熔体的轴向速度和压力较大,利于螺杆挤出过程,但熔体剪切速率小、熔体黏度大,从而导致挤出熔体质量较差;菠萝型单螺杆的熔体的轴向速度和剪切速率较大且黏度值较小,因此具有较好的塑化能力;菠萝型和销钉型单螺杆在流道内会出现环流的情况,不利于熔体输送。     

纺熔非织造设备用T型模头和衣架型模头的对比

通过对T型模头和衣架型模头中的聚合物熔体流动的二维有限元分析，研究了T型模头和衣架型模头中的流动分布，并对2种模头的熔体分配均匀性进行了对比分析。     

压力对聚对苯二甲酸乙二醇酯-聚酰胺6共聚物/聚酰胺6共混物流变性能的影响

为研究高压条件下聚合物的流变性能,以熔融共混挤出的方法制备聚对苯二甲酸乙二醇酯-聚酰胺6嵌段共聚物(PET-PA6)与聚酰胺6(PA6)共混物,利用安装在反向压力腔末端的旋塞控制毛细管出口压力,研究该共混物在出口压力为5~50 MPa条件下,剪切速率和温度对PET-PA6/PA6共混物流变行为的影响。结果表明:PET-PA6/PA6共混物的剪切黏度随压力的变化规律符合Barus方程;在恒定剪切速率下,随着毛细管内平均压力的增加,剪切黏度逐渐增大;当剪切速率从108 s^-1增加到1 080 s^-1时,压力系数减小19.24%,当温度从265 ℃增加到 290 ℃ 时,压力系数减小32.33%,共混物熔体剪切黏度对压力的依赖性随剪切速率和温度的增加逐渐减小。     

基于Polyflow田字形网格食品托盘挤出成型分析

运用Solidworks三维建模软件建立"田"字形口模实体模型,取其1/4作为分析对象进行ANSYS网格划分,在Polyflow中采用190~℃聚乳酸流体进行仿真分析,得到正常口模和经过逆向挤出设计口模的流场模拟结果,对比分析了7个截面上流场和挤出形状,并对其中4个典型截面建立折线图进行深入对比。结果表明:经过逆向挤出设计的口模内流速分布更为均匀,口模内流体速度先略有上升后不断下降并趋近于一个稳定值,产品最终截面形状符合要求。     

EVOH的流变性能

为研制新型PET/EVOH复合吸湿纤维,确定合理的复合纺丝工艺参数,对芯层组分EVOH熔体的流动性能进行了系统研究.结果表明,EVOH属假塑性流体,非牛顿指数小于1,表观黏度随温度的升高或剪切速率的增加呈下降趋势.与加工温度为250、260℃时相比,当EVOH在加工温度为240℃进行挤出时,非牛顿指数为0.712,最接近牛顿流体.在240、250、260℃进行挤出时,EVOH的黏流活化能在400～500 J/mol之间,且黏流活化能随剪切速率增加而增加.     

食品装备管路自动涂胶装置及其挤出流道结构优化

目的:获得食品加工输送管路缠绕加热带表面粘接剂均匀、可控涂抹的胶层。方法:通过流变学试验获取硅橡胶本构模型,利用Polyflow仿真硅橡胶挤出流动过程,以加热带长度、宽度方向涂胶均匀性为目标,开发挤出试验机电系统,分析不同流道出口收缩段长度、出口厚度下的流速和体积流量分布特征,优化流道出口结构参数,经涂胶试验验证胶层均匀性,并迭代流道出口结构。结果:硅橡胶具有剪切变稀的特性;当收缩段长为5 mm,口厚为0.8 mm并在出口中心处距离边缘3.5 mm的位置线性扩展至1.05 mm时,涂胶均匀性最佳。结论:对硅橡胶流道出口两端边缘厚度加以线性扩展,能够改善涂胶均匀性;出口与加热带的间距及硅橡胶流速与缠绕速度匹配性是影响涂胶均匀性的另一关键因素。     

衣架式纺丝模头设计理论研究

衣架式纺丝模头设计主要依靠测绘和经验,当形成系列化时往往设计依据不足。以非牛顿流体在圆管中的全展流动模型和在狭缝流道中的全展流动模型为理论基础,通过施加沿模头幅宽方向的流量分布均匀、所有流径上的压力降相等和停留时间相等的设计准则,建立模头熔腔的设计理论,确定了衣架式模头受力的计算方法,给出了熔腔设计方法并在新产品的开发设计和生产实际中得到应用,提高了熔体分配的均匀性,为衣架式模头的自主创新设计提供了有力的依据。     

基于三维有限元分析的熔喷衣架型模头设计

本基于对熔喷衣架型模头中聚合物熔体流动的三维有限元分析，给出了一种数学模型化的“试差”设计方法，以一特定的线性衣架型模头作为初始设计对象，通过不断改变其几何参数，如歧管倾斜角度和成型面高度，使之最终达到熔体横向分配均匀的设计要求。另外，本还讨论了幂律指数对出口流率分布均匀性的影响。     

纺粘非织造用聚乳酸/聚(3-羟基丁酸-co-3-羟基戊酸共聚酯)的可纺性

为获得高质量的聚乳酸/聚(3-羟基丁酸-co-3-羟基戊酸共聚酯)(PLA/PHBV)双组分生物降解纺粘非织造材料,对PLA/PHBV母粒的相对分子质量及分布、熔体指数、热力学、结晶和流变性能进行了研究,并对PLA/PHBV纺粘纤维的热力学和结晶性能进行了探讨。结果表明:PLA/PHBV母粒重均分子质量约为120 000,分布指数为1.99;热失重起始热分解温度为285℃,适宜纺粘非织造挤出加工,合适的纺粘加工温度约为210℃。PLA/PHBV熔体在剪切速率小于1 000 rad/s时,表观黏度对剪切速率变化敏感;熔体对温度的敏感程度随着剪切速率的增大而降低。纺粘加工工艺对PLA/PHBV原料的热力学和结晶性能影响显著。与PLA/PHBV母粒相比,纺粘纤维结晶度下降明显,但非晶区取向程度提高。     

黏土矿物材料改性聚丙烯的剪切流变性能及其可纺性

为探讨黏土矿物材料(QE粉)改性聚丙烯(PP)共混物的可纺性,以QE粉为改性剂,与聚丙烯填充共混改性制备不同QE微粒质量分数的改性PP切片。采用双柱型毛细管流变仪对改性PP切片的剪切流变性能进行测试表征。通过熔融纺丝法制备改性PP共混纤维,利用扫描电镜、纱线强伸度仪对纤维的形貌及力学性能进行测试分析。结果表明：改性剂QE粉的加入不改变改性PP共混物流体类型,仍为剪切变稀流体,但增强了其非牛顿性。随着QE粉添加量的增多,QE粉与PP共混后增大了其流动阻力,改性PP共混物熔体的剪切黏度、剪切应力、黏流活化能增大;在260℃,469.58 s^-1的剪切速率下,当QE粉质量分数增至8%时,与纯PP相比,非牛顿指数n值降低了19.62%,剪切黏度增大52.60%,剪切应力也随之增大了67.78%;QE微粒均匀负载在改性PP共混纤维表面,改性后的PP纤维断裂强度与断裂伸长率有所下降。