聚合物气体辅助挤出成型研究进展

挤出成型是聚合物加工领域出现得较早且应用最广泛的技术之一，聚合物传统挤出成型过程中存在的挤出胀大、扭曲变形等问题严重阻碍了该技术的进一步发展及推广应用。聚合物气辅挤出是本世纪初发展起来的一种新型成型工艺，通过在口模内壁与熔体表面间形成稳定的气垫膜层，使熔体以完全滑移非粘着方式挤出成型，改善了口模内熔体的流场分布，从而有效减小甚至消除了传统挤出过程中存在的影响制品质量的固有问题。该技术因具有节能、环保、改善制品质量等优良特性，自问世以来即受到聚合物加工领域诸多学者的广泛关注，相关研究成果对丰富和发展聚合物成型理论及其加工技术的进一步推广应用均具有重要的科学意义和工程价值。文中综述了聚合物气辅挤出成型问世以来国内外研究进展，主要介绍了该技术的成型机理和成型装置，气体辅助单层挤出、双层共挤、微管挤出及气垫膜层等方面的研究方法与研究成果，并在综述现有的研究基础上展望了气辅挤出成型的研究趋势。     

气辅共挤出流道中聚合物流动过程的数值分析

建立了气辅条件下两种聚合物在矩形流道中共挤出流动的三维非等温数值分析模型。用粘弹性流体模型(PTT模型)描述熔融聚合物的特性,Arrhenius方程表示流动对温度的依赖性,并且考虑聚合物相对于流道壁面的滑移以及不相容聚合物熔体间滑移的边界条件。用有限元方法数值模拟了聚合物成型过程,将计算结果与普通共挤出成型流动进行了对比分析。结果表明,气垫层的加入,将使聚合物熔体的压力降减低20%～40%;使流道出口处的速度场分布均匀,速度场的最大值下降约50%;气垫区聚合物的自由流动还将对共挤出界面的形状和位置有一定的影响。     

基于气液两相流的聚合物气辅挤出数值模拟

为了更准确地反映气辅挤出中气体对熔体成型的影响机理,建立了气液两相流模型,对不同气压作用下的熔体挤出成型进行了有限元数值模拟,得到了气辅作用下熔体的流速、压力降和第一法向应力差等分布。与完全滑移边界条件的模拟结果对比发现,基于气液两相流的气辅挤出,熔体的流速、压力降和第一法向应力差等物理场均存在较大变化。实验也验证了熔体挤出成型受气压的影响较大。对模拟和实验结果分析表明,气体的辅助作用对熔体产生的第一法向应力差,是造成熔体流速、压力降和成型产生变化的主要原因。而这些是以完全滑移边界条件气辅模拟方法无法体现出来的。因此,气辅挤出模拟需要考虑气体层对熔体成型的影响,并且在实际气辅挤出加工中,需要合理地设置气压等工艺参数。     

T型口模气辅挤出段长度对挤出物截面形状和挤出胀大的影响

采用数值模拟的方法对T型截面口模气辅挤出成型过程中滑移段长度、挤出流量和松弛时间对挤出物的变形和挤出胀大的影响进行了研究。结果表明,气辅挤出段长度的增加可以减小挤出物的变形和挤出胀大,减小挤出流量和松弛时间对变形和挤出胀大的影响,并且当气辅挤出段的长度增加到一定值后,挤出胀大比为1且不受松弛时间和挤出流量的影响,这个值随挤出流量的增加和松弛时间的延长而增加。     

聚合物气辅共挤成型中挤出胀大的数值模拟

以一矩形截面共挤型材为例,采用Giesekus本构方程和Navier滑移模型建立数值模型,使用EVSS、SU等有限元方法对气辅共挤和传统共挤时两种聚合物熔体在口模内外的等温粘弹流动做了三维数值模拟,得到了气辅共挤和传统共挤时的挤出胀大率、速度场、应力场及剪切速率分布。对模拟结果进行了分析和对比,结果表明,气辅共挤能消除挤出胀大和模外熔体偏转流动现象;气辅共挤时两相熔体的速度场均匀一致,熔体流动稳定,呈柱塞状挤出;熔体表面的切向和法向应力为零,因而可有效提高挤出速率,并防止制品表面"鲨鱼皮"现象的出现。     

聚合物挤出加工在线检测技术进展

聚合物挤出加工能有效地将聚合物熔融和机械混合的优势结合在一起,是制备高性能聚合物材料的重要手段。然而,挤出机复杂的几何结构和瞬态流动特征导致了挤出加工过程中的流动和混合非常复杂。因此,为了理解挤出加工过程,开发实时的在线检测技术尤为重要。文中从聚合物熔体的流动、混合和反应等角度综述了近些年来聚合物挤出加工过程中各种在线检测技术,并对这一领域的技术发展进行了展望。     

超声技术在聚合物成型加工中的应用研究进展

综述了近年来超声技术在聚合物成型加工领域应用的研究进展,重点介绍了在挤出成型和注塑成型加工过程中超声技术的不同应用方式,以及超声能量在原料塑化、降低聚合物熔体黏度与改善流变性能及提高制品质量与力学性能等方面的作用机理和应用效果;指出了聚合物成型加工中超声技术的发展方向;并认为随着研究工作的深入,超声技术在聚合物成型加工领域将有更广阔的应用前景。     

聚合物多层气辅共挤精密成型机制的数值分析

基于传统共挤成型技术,提出一种先进的气辅多层共挤精密成型技术。研究表明,气辅共挤成型技术不仅可实现挤出制品尺寸的精确自动控制,而且还起到明显的节能降耗的效果。通过建立的稳态有限元数值算法,对传统共挤成型和气辅共挤成型的成型过程和离模膨胀过程进行了系统的对比分析研究,并探讨了气辅共挤成型消除整体离模膨胀的机制。结果表明,多层共挤成型芯壳层熔体的离模膨胀是由黏弹性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成正比。气辅共挤成型的气辅口模段可通过气垫膜层的壁面完全滑移作用,有效减小或消除芯壳层熔体的第一和第二法向应力差,使其二次流动消失,从而达到消除口模整体离模膨胀的目的。因此,气辅多层共挤精密成型技术能精确地控制共挤成型的复合产品最终外形和尺寸与挤出口模的形状和尺寸完全相同。此外,研究结果还表明气辅共挤成型的挤出压力相对传统共挤成型可降低约30%以上。     

气辅挤出成型中两相流界面的稳定性

使用南昌大学制备的气辅挤出成型设备,研究了气体压力和流量对熔体/气体两相流界面稳定性的影响,通过实验得出,实现气辅挤出的条件是口模内注气点处气体压力大于等于熔体的压力,而pmelt≈pgas是实现稳定气辅挤出的前提条件;实验还表明控制气体流量对实现稳定挤出非常重要,当气体流量为0.4 m3/s时,熔体以稳定层流形式挤出,气体流量增大到2 m3/s时,气体产生紊流并强迫挤出物以波纹状进行抖动挤出。     

超声振动对聚合物挤出过程及制品性能的影响

描述了超声振动技术在聚合物挤出成型过程中的典型应用方式及其研究结果,重点阐述了挤出模头中引入超声振动后,超声振动对聚合物熔体挤出过程及制品结构性能的影响。     

聚合物熔体振动挤出成型技术的研究进展

介绍了各种聚合物熔体振动挤出成型技术,包括机械振动、电磁振动和超声振动,对实现振动的装置或口模进行了简要介绍,利用这些振动设备对聚合物熔体振动挤出技术进行研究,发现振动挤出可使聚合物熔体加工流变性能和力学性能都得到一定程度的改善,凝聚态结构也发生了一些变化。     

改善挤出吹塑制件壁厚均匀性的几种方法

概述了近年来改善挤出吹塑中空制件壁厚不均匀的方法及其进展,包括新牌号的树脂,新的型胚壁厚控制技术及新的挤出吹塑成形工艺。型胚控制技术主要介绍了异型口模和可调机头;新成形工艺包括3D中空吹塑,真空吸塑与挤出吹塑相结合的技术,型坯温差法及高压低温挤出吹塑技术。     

反应挤出在聚合物共混改性中的应用与进展

综述了反应挤出技术发展概况,反应挤出实施要点,分析了反应挤出共混改性效果的影响,最后指出了反应挤出共混改性技术在我分子材料工业中的应用前景。     

ABS树脂技术发展趋势

论述了ABS技术的发展现状及发展趋势。简述了ABS树脂主流技术特点、新产品开发等最新进展。介绍附聚技术、大粒径胶乳、湿法挤出、连续本体聚合以及基础胶乳等对ABS树脂技术的重大影响。预测了ABS专用料、ABS合金等新产品的发展趋势,指出改性技术对高功能ABS树脂材料的制造具有重要作用。     

硬质合金粉末挤出打印中增材制造工艺及其显微结构

粉末挤出打印(PEP)是基于传统金属注塑成型和3D打印相结合的新型增材制造技术,具有打印材料范围广、打印成本低等巨大优势。以WC-13Co硬质合金的PEP增材制造为核心,以热塑性打印材料为重点研究对象,开发打印原料的材料体系,研究打印原料的均匀性、流变性能、成形性能、黏结剂的脱除工艺以及烧结工艺对打印件显微结构及力学性能的影响机制。独立开发了硬质合金PEP打印专用的有机黏结剂材料体系,通过EDS分析黏结剂在打印坯体中分散均匀性。采用两步法脱脂工艺可以完全脱除打印坯体中的黏结剂,并结合真空烧结,在1450 ℃下保温60 min,成功制备高性能硬质合金打印件。研究结果发现打印件线收缩率为17.8%,WC晶粒尺寸分布均匀,维氏硬度1410HV₃₀。本研究采用PEP增材制造技术制备了高性能、打印件尺寸可控的硬质合金材料,为硬质合金的增材制造探索出一条有效的技术路线。     

微注射成型研究进展

微注射成型是一种低成本大规模复制聚合物微制件的有效方法。文中从微结构特征复制性能、工艺参数的分析和优化、模具表面光洁度对聚合物流动行为的影响、过程建模与仿真、微注射成型的熔接痕缺陷以及微塑件的组织形态与力学性能等方面阐述微注射成型的最新研究进展。最后指出开发特殊微注射成型技术、新型微模具加工技术,以及将微注射成型与其他微纳加工技术集成,制作多种材料复杂功能微系统将成为今后的研究方向和发展趋势。     

聚合物成型加工微型实验——聚氯乙烯棒材的挤出成型和测试表征

提出了聚合物成型加工实验微型化的设想,阐述了对聚合物成型加工微型实验的内涵和设计背景等的理解。详细介绍了自行设计的"聚氯乙烯棒材的挤出成型和测试表征"微型实验的教学目标、教学内容、实验用微型化装置与设备以及教学效果等。对化学专业本科生开设聚合物成型加工微型实验是一种有益的探索与尝试。     

大型塑料中空容器生产技术及市场应用

通过"IKV"螺杆挤出机、双层储料式成型机头、伺服电机泵等技术在企业的应用,生产效率提高,产品质量稳定,是大型塑料中空行业节能生产技术的发展趋势。     

粉末近净成形溶剂脱脂技术

溶剂脱脂技术在粉末注射成形和粉末挤压成形工业生产中广泛应用。本文阐述了溶剂脱脂的基本过程,介绍了目前常见的一些溶剂脱脂方法及其研究进展,讨论了溶剂脱脂理论的研究现状,指出了当前溶剂脱脂技术发展要解决的主要问题。