基于数值模拟的聚合物多腔导管挤出机头设计

随着介入医学的不断发展,医疗领域对医用多腔导管的需求日剧增加,多腔医用导管已经成为微挤出成型技术的研究热点。文章通过数值模拟正交试验设计聚合物多腔导管挤出机头,以挤出速度分布均匀性为目标函数来衡量流道的流动均匀性。利用Polyflow数值模拟,通过正交试验研究了不同流道主要结构参数及制品截面结构尺寸下聚合物熔体的挤出速度分布,根据目标函数确定挤出速度均匀性较好机头结构参数。结果表明:在导管截面面积不变的情况下,口模截面尺寸及流道结构参数是影响挤出机头设计的关键因素。     

机头温度对薄壁小口径软管成型尺寸的影响

研究了在相同的挤出速度下不同机头温度对挤出小口径塑料软管（以下简称小管）成型尺寸的影响以及不同的挤出速度下温度对小管成型尺寸变化的影响,并阐述了温度在小管挤出中的重要性。试验证明,调整挤出机头的加热温度或调整挤出速度的大小,均能达到改变挤出管尺寸的目的。     

PA12双腔医用导管挤出成型工艺实验研究

在实验的基础上,分析了聚酰胺(PA)12双腔医用导管挤出过程中机头温度、螺杆转速、牵引速率和注气流量对导管截面形状精度的影响。采用椭圆度和壁厚均匀度对导管截面形状进行表征,得到了较为合适的工艺参数,即机头温度范围205～210℃,螺杆转速16～18r/min,牵引速率450cm/min左右,月牙腔和圆腔的注气流量分别为10mL/min和8mL/min。     

化学发泡法制备发泡三元乙丙橡胶/聚丙烯热塑性硫化胶Ⅰ.挤出工艺参数

以偶氮二甲酰胺(AC)为发泡剂,采用单螺杆挤出机制备了发泡三元乙丙橡胶(EPDM)/聚丙烯(PP)热塑性硫化胶(TPV),探讨了挤出温度、机头温度及螺杆转速对发泡TPV性能及形态结构的影响。结果表明,在保证EPDM/PPTPV充分塑化熔融及顺利挤出的前提下,较低的挤出温度和机头温度有利于制备密度低、泡孔尺寸小且分布均匀、表面光洁度高的发泡TPV,最佳的挤出温度和机头温度分别为185,170℃;随着螺杆转速的提高,发泡TPV的密度和拉伸性能均先降低后增高;泡孔平均直径基本不变,泡孔面密度先增大后减小,泡孔尺寸分布先变窄后变宽,最佳的螺杆转速为65r/min。     

木塑/超临界流体复合材料泡孔成核的数值模拟研究

以木塑/超临界二氧化碳（WPC/Sc-CO2）复合材料为研究对象,采用有限元分析软件Polyflow对不同尺寸的挤出发泡机头内的流场进行数值模拟,研究机头尺寸对WPC/Sc-CO2复合材料泡孔成核的影响。结果表明,增加挤出发泡机头内毛细管段长度对机头内压力降速率和泡孔成核点距离机头出口的位置影响很小;而减小挤出发泡机头内毛细管段直径可增加机头内压力降速率,同时使泡孔成核点的位置更靠近机头出口。     

氢氧化镁对PP/EPDM共混型热塑性弹性体流变性能的影响

采用无机阻燃剂氢氧化镁对PP/EPDM共混型热塑性弹性体进行阻燃改性,研究其对PP/EPDM共混型热塑性弹性体流变性能的影响.结果表明,加入氢氧化镁的PP/EPDM共混型热塑性弹性体熔体流变行为仍属于非牛顿型假塑性流体流变行为;不同剪切速率下,粘流活化能变化很小,熔体粘度对温度不十分敏感;相同温度下,挤出膨胀比降低,即制品尺寸的稳定性有所提高.     

聚丙烯挤出增强结构发泡成型的研究

通过加入高熔体强度聚丙烯(HMSPP)、低密度聚乙烯(LDPE)及(乙烯/丙烯/二烯)共聚物(EPDM)对聚丙烯(PP)进行共混改性,提高其熔体强度;并在此基础上,以玻璃纤维(GF)改性PP母粒对PP进行增强,使用单螺杆挤出机获得了PP挤出增强结构发泡制品.重点分析了PP挤出增强结构发泡中HMSPP、LDPE、EPDM、GF改性PP母粒含量及工艺参数对PP挤出增强结构发泡制品的影响.结果表明,当PP为100份、LDPE为15份、EPDM为5份、GF改性PP母粒为15份,机头温度160℃,螺杆转速20 r/min,机头压力12.5 MPa时,能获得较好的PP增强结构发泡制品.     

挤出机头内流场对玻纤取向和分布的影响

本文分析了平直和发散两种挤出机头内的流场,推得发散流道内熔体周向拉伸应变速率的表达式;研究了两种挤出流率下由这两种机头挤出的制品壁内玻纤的取向和分布,并通过流道内的剪切和周向拉伸应变速率,对玻纤取向和分布的形成机理进行解释。结果表明：经平直机头挤出的制品内,玻纤在剪切作用下基本沿流动方向排列。发散机头内熔体受剪切和周向拉伸的共同作用,使制品壁厚方向形成了“表层-次表层-芯层-次表层-表层”的五层结构,并首次发现芯层呈“W”形排列。玻纤的排列不仅受流动过程中的应变影响,更取决于应变速率的大小。     

FEP/PP共混物熔体挤出胀大行为研究

应用熔体流动速率仪考察了聚丙烯(PP)含量、温度、载荷及口模直径对FEP(聚全氟乙丙烯)/PP共混物熔体的挤出胀大行为的影响.结果表明,在试验条件下,FEP/PP共混物熔体的挤出胀大比(B)基本上随着温度的升高而线性增大,随着载荷的增加而非线性提高,随着PP含量的增加B略为下降;当口模直径小于1.500 mm时,B随着口模直径的增加急速减少,然后,B随着口模直径的增加显著增加.     

聚丙烯挤出发泡中的关键技术——加工设备和成型工艺研究

从聚丙烯挤出发泡的加工设备包括挤出机的类型、发泡机头的设计、发泡剂的注入和计量控制以及聚丙烯挤出发泡的成型工艺包括螺杆转速、压力降和压力降速率、成核剂的分散、发泡机头的温度等系统介绍了聚丙烯挤出发泡中的一些关键技术。目前的研究表明：采用双螺杆挤出机进行挤出发泡时需要考虑发泡剂逃逸和压力的升高与稳定；可以通过改变机头的形状和尺寸获得不同的压力降和压力降速率，从而控制挤出发泡的成核速率。提高螺杆转速、增加压力降和压力降速率有利于优质发泡材料的获得；优选适宜的发泡机头温度可以抑制气体逃逸，提高发泡倍率，获得更低密度的聚丙烯发泡材料。     

片材口模尺寸对聚丙烯挤出发泡影响的研究

自行设计加工不同几何尺寸的片材口模,进行挤出发泡实验,并重点讨论口模尺寸对聚丙烯发泡材料性能的影响。结果表明,在口模流道宽度与高度一定的条件下,随着流道平直段长度的增加,机头压力增大、机头压降速率减小;当机头压力及压降速率较大时,发泡样品的表观密度较小、泡孔尺寸较小,泡孔均匀性较好。     

超声功率对PP/OMMT复合材料结构及性能的影响

在聚丙烯(PP)/有机蒙脱土(OMMT)复合材料的熔融挤出过程中,对PP/OMMT熔体施加一定功率的超声波,研究超声功率对OMMT在PP中分散性及PP/OMMT复合材料性能的影响。结果表明,随着超声功率的增大,OMMT在PP材料中的分散性得到提高,超声的加入改善了OMMT与PP材料之间的相容性;PP/OMMT复合材料的热稳定性随着超声功率的增大先升高后下降;超声的加入提高了PP/OMMT复合材料的结晶温度;PP/OMMT复合材料的力学性能随着超声功率的增加而增大。     

双圆锥形挤管机头

目前挤管是利用分流架机头。这种机头较贵并且挤出不同壁厚和直径的制品时,还必须更换机头,从而导致机头内的压缩强度有显著的变化。分流架是该机头最薄弱的地方。随分流架强度的增加,它的尺寸也在增大,这就促使机头外形尺寸也增加。因此有必要研制出新的最佳结构的挤出机头(图1)     

碳纤维增强尼龙66的研究

利用HAAKE流变仪研究了碳纤维增强尼龙66的流变特性,以及温度对碳纤维增强尼龙66流变性能的影响,并测试了碳纤维增强尼龙66的力学性能。结果表明,碳纤维增强尼龙66在一定剪切速率下,剪切应力下降,表观粘度降低,并且随着剪切速率增加,表观粘度提高;当挤出机头温度升高时,在一定剪切速率下,其剪切应力和表观粘度都降低。而制品的硬度、冲击强度和拉伸强度等力学性能均比纯尼龙66有明显的提高。     

PP/CaCO3复合发泡材料泡孔形态预测模型的研究

用单螺杆挤出装置,以CO2为发泡剂,对聚丙烯（PP）/CaCO3复合材料进行挤出发泡;采用正交法设计实验,利用Design-Expert统计软件对实验数据进行统计处理,观察制品纵截面上泡体的形态变化,从而得到加工工艺参数对泡体形态的影响规律,回归拟合得到泡孔平均直径、面密度、形变程度和倾向角的预测模型,并进行实验验证;最后用回归模型求解出较合适的加工参数范围。结果表明,转速为46~52 r/min、机头温度为170 ℃、熔体温度为180~189 ℃、CaCO3含量为6.67 ％~7.9 %时,可得到较好的PP/CaCO3发泡制品。     

多腔精密医用导管挤出胀大的数值模拟分析

采用Polyflow软件对多腔精密医用导管在内腔无注气/注气两种条件下的挤出胀大行为进行了数值模拟分析,直观地反映了挤出胀大后制品截面形状的变化规律,以及注气条件下不同内腔压力差时挤出胀大行为,获得了导管截面变形与压力差之间的关系。这为机头口模的设计及改进提供了理论依据。模拟结果表明:在无注气情况下,胀大后的截面形状与口模的截面形状存在较大的区别,引入注气条件后,制品截面形状受挤出胀大和气压的双重影响,变形更为复杂,必须合理地控制气体的压力及流量。适当的气体压力和压力差可以起到改善制品截面形状的作用,但过大或过小的压力将对制品截面形状的改善起到反作用。     

挤出胀大逆向求解技术在多腔精密医用导管口模设计中的应用

口模截面形状的设计是多腔精密医用导管挤出成型中的一个难点,采用Polyflow软件逆向求解挤出胀大过程的功能,分析双孔异径和双腔异型两类典型多腔精密医用导管的逆向求解过程,给出了生产理想制品所需的口模截面形状.同时针对多腔精密医用导管在成型过程中内腔存在微量气压这一特征,逆向求解了在微量气压作用下的口模截面形状,为实际设计过程中机头口模的确定和修改提供了依据.此外,也对其它4类典型的多腔精密医用导管进行了逆向分析,给出了无气压作用下的口模截面形状.对于多腔精密医用导管机头口模设计具有较高的参考价值.     

低发泡HIPS挤出成型工艺的研究

利用试验设计方法研究了HIPS低发泡过程中,挤出温度及螺杆转速对发泡制品的表现密度,泡孔尺寸,泡孔尺寸均匀度以及制品强度的影响,实验结果表明：随着扩是出温度的提高,制品的表观密度会有所升高;螺杆转速与挤出温度对表观密度的影响存在交互作用,在较高的温度下,螺杆转速对表观密度没有显著的景,是在较低的温度下,随着螺杆转速的提高,表观密度会有所增大,另外,螺杆转速对泡孔尺寸以及泡孔尺寸分布均匀度有较显著的影响,随着螺杆转速的扣高,泡孔尺寸大小降低,并且泡孔尺寸均匀度提高,因而制品的强度较大,温度的提高对泡孔的尺寸影响不大,但使泡孔尺寸均匀度下降,在所研究的工艺条件范围内,选择较低的挤出温度及较高的螺杆转速有利于得到性能较好的低发泡制品。     

工艺参数对PP挤出发泡泡孔结构的影响

研究了螺杆转速、机头口模形状以及机头温度对挤出发泡聚丙烯(PP)泡孔结构的影响。结果表明：在挤出发泡过程中，一定配方、机头形状和温度下，螺杆转速存在最佳值；机头形状越有利于建立高压，制得的泡沫的泡孔越细密均匀且发泡倍率越高；机头口模温度在保证顺利挤出情况下．越低越有利于制得高发泡倍率的泡沫。     

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。