聚合物熔体窄缝脉动挤出行为的光散射研究

利用聚合物熔体的双折射性质,对振动力场作用下窄缝挤出模头中的聚合物熔体脉动挤出行为进行光散射研究,用光弹性图像和光强度矩阵来表征聚合物熔体受到的剪切应力。振动力场的引入使光弹性图像和光强度矩阵发生了规律性变化。结果表明,振动力场使聚合物熔体剪切应力减小、表观粘度降低,最终使得挤出压力降低、产量提高。     

聚合物动态注射过程表观粘度的实时表征与分析

建立了模具锥形流道中熔体的动态表观粘度模型,通过实验的方法测得流道两端压力降,表征出动态充模过程流道中熔体的实际表观粘度。依靠实验及数据计算,检验此模型能够灵敏地定量反映外部加工条件对熔体表观粘度的影响。结果表明,在频率4Hz、振幅40μm时聚丙烯的注射充模表观粘度为最小,此模型的提出也为寻求其他聚合物动态注射时的最优振动加工参数组合提供了依据。     

振动力场下聚合物熔体流变行为的响应与分析 Ⅰ.毛细管压力降和熔体表观粘度

在自行设计的恒速型毛细管动态流变装置上 ,对聚合物熔体进行动态挤出实验。借助已建立的振动力场下聚合物熔体流变行为的表征公式 ,分别计算振动力场下聚合物熔体在毛细管壁处的剪切应力、剪切速率和表观粘度。与稳态挤出时相比 ,引入振动力场后 ,发现毛细管压力降、表观粘度均显著降低 ,且随着振动频率和振幅的改变呈非线性变化趋势 ,作者对此进行了深入分析。     

动态注射成型流道系统的压力脉动分析

研究了聚合物电磁动态注射成型过程中熔体在轴向振动力场作用下在圆柱形流道中的流动情况。从理论上分析了动态熔体流动过程,为研究聚合物熔体的动态充模过程提供流道系统压力降。得出在施加了轴向振动的情况下,熔体的压力梯度有明显的降低,并且随着振动强度的增强,降低的幅度加大。     

振动力场下聚合物熔体流变行为的响应与分析——I．毛细管压力降和熔体表观粘度

在自行设计的恒速型毛细管动态流变装置上，对聚合物熔体进行动态挤出实验。借助已建立的振动力场下聚合物熔体流变行为的表征公式，分别计算振动力场下聚合物熔体在毛细管壁处的剪切应力、剪切速率和表观粘度。与稳态挤出时相比，引入振动力场后，发现毛细管压力降、表观粘度均显著降低，且随着振动频率和振幅的改变呈非线性变化趋势，作者对此进行了深入分析。     

中心浇口圆盘模腔正弦脉动充模分析

聚合物动态注射成型通过螺杆的轴向振动实现熔体脉动充模。利用Tanner本构模型建立了中心浇口圆盘模腔正弦脉动充模过程的数学模型,分析了振动参数对注射压力及熔体输送功率的影响。当充模过程的平均注射速率不变时,在一定频率与振幅范围内,模腔入口处的压力随振动源振幅(频率)的增大而增大,但其平均值降低;充模过程中输送熔体所需要的功率降低。     

液压脉振注射充模过程的能耗特性研究

研究了液压脉振注射充模过程中各个阶段的能耗情况,建立了振动力场作用下熔体区域螺杆、圆截面喷嘴和圆盘充模的物理模型与数学模型,并求得以上过程中能耗的解析式.通过实验验证了振动力场的引入使得注射过程能耗减小,探究了能耗在振动力场作用下的变化规律.     

振动场强化聚合物塑化注射成型技术

介绍一种将机械振动力场引入聚合物塑化注射成型全过程的塑料电磁动态注射设备,提出振动力场强化聚合物塑化注射成型新概念,并论述塑料电磁动态塑化注射机的原理、结构及其应用.实验与生产表明:新型注射机对物料适应性广,与传统注射机比较在加工聚烯烃时能耗可降低50%以上,注射熔体温度可降低20℃以上,注射压力降低10%左右,制品力学性能提高15%以上,对无机填料填充体系的混合分散效果明显提高,并预示振动力场可改变注射充模熔体的流动状态.新型塑料注射机对聚合物加工工业的发展具有重大的科学和现实意义.     

螺杆轴向振动对熔体注射过程能耗的影响

研究了螺杆轴向振动对熔体注射过程中各个阶段能耗的影响,建立了振动力场作用下熔体流经圆锥形浇口流道和圆盘充模的物理模型和数学模型,并求得上述两个过程中功耗的解析式;通过实验验证了振动力场的引入使得注射过程能耗减小,在振动强度系数达到0．45以后,注射过程功耗减小的趋势更明显。     

三维非等温非牛顿流体充模过程的建模与模拟

为了避免使用速度延拓法处理自由表面边界条件,更真实地反映非牛顿熔体的充模过程,耦合Navier-Stokes方程组,建立了三维实体气液两相流模型。采用基于SIMPLE算法的同位网格有限体积法求解流场物理量,并结合Level Set界面追踪技术实现了非等温熔体充模阶段的动态模拟。为防止出现三维情形下棋盘型压力场,利用同位网格动量插值技术,解决压力与速度失耦的问题。分析了充模过程中,流场物理量的变化情况,研究了注射速率、入口温度等对充模过程及熔体凝固层厚度的影响,得出了与实验相吻合的模拟结果。数值结果表明,三维实体气液两相流模型能更准确地描述聚合物熔体的充模过程;当注射速率较大、入口温度较高时,充模时间较短,熔体凝固层的厚度较小。     

动态成型注塑螺杆熔体输送能力的研究

根据动态注射成型时螺杆的工作特点，采用自行修正的Tanner本构方程研究了聚合物熔体在螺槽中的等温流动。同时，近似地给出了振动力场下注塑螺杆熔体输送能力的表达式，理论分析了振动参数对沿程压力降及动态成型熔体输送能力的影响。结果表明，振动力场使塑化过程中聚合物的粘度降低，流动阻力减小。沿螺槽方向的平均压力降减小，在保持成型条件不变的情况下，施加振动可以提高熔体输送能力。     

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。     

HDPE在振动场中挤出成型时的流变行为

利用自行研制的新型液压振动挤出装置研究了高密度聚乙烯（HDPE）在振动场中挤出成型时的流变行为。研究表明,HDPE熔体在振动场中的表观粘度与振动频率、振幅、口模温度和挤出机螺杆转速均有关,随着振动频率的增加,表观粘度先降至最低值,然后回升到一定程度后基本保持不变,但始终低于未施加振动时的表观粘度;振幅越大,振动场对表观粘度的影响就越大;口模温度超过熔点时,振动场对表观粘度的影响有所增大;螺杆转速越大,振动场对表观粘度的影响就越小。     

脉动压力诱导注射成型充模过程熔体表观黏度的实时测量

以脉动压力诱导注射成型充模过程浇口流道中熔体壁面表观剪切黏度的数学模型为基础,通过实时测量记录螺杆位置变化以及浇口流道两端熔体压力变化,表征脉动压力诱导注射成型充模过程熔体实时表现剪切黏度的方法,通过实验研究发现,脉动压力的引入使充模过程、熔体的剪切应力和表观剪切黏度降低,同时加剧了熔体的剪切速率变化,在强烈的振动条件下会引起动态充模过程中某些时刻出现断流现象.     

Dynamic rheological behavior of polypropylene melts with pulsatile pressure flow in a dynamic capillary rheometer

A self‐made dynamic capillary rheometer (DCR) was designed to investigate the dynamic viscoelastic characteristic of polypropylene (PP) melt during the pulsatile pressure extrusion. A vibration force field was parallel superposed upon steady shear flow in this DCR by means of a vibration driven piston. During the pulsatile pressure extruding process in DCR, the PP melt displayed apparent viscoelasticity. The experiment results proved the pressure pulsatile extrusion could reduce the viscosity of polymer melts effectively. The phase difference between the shear stress and the shear rate decreased with the superposed vibration. But, at large amplitude conditions, the viscosity has an increasing tendency. This maybe illuminated that large amplitude could be harmful for the vibration‐assistant polymer processing. © 2006 Wiley Periodicals, Inc. J Appl Polym Sci 102: 1834–1838, 2006     

振动力场作用下三螺杆挤出机计量段中聚合物挤出的模拟

建立了同向旋转三螺杆挤出机计量段实际流道真实尺寸的三维非牛顿模型，利用ANSYS软件中的FLOTRAN CFD分析功能对该流场进行数值模拟，分析了振动力场作用下挤出机计量段内的黏度分布、压力分布、速度分布以及振幅对流量的影响，同时与无振动状态的挤出特性进行了比较。研究结果表明：振动力场的引入使熔体黏度和流量呈周期性变化，熔体黏度降低，螺棱两侧压差随振幅增大而增大，剪切作用增强，分散性混合能力和分布性混合能力提高。     

PS在低频振动场中流变行为的研究

本文利用自行研制的振动注射实验台，实现了熔体在低频振动下的剪切－压力振动模式，对PS的流变性能进行实验研究发现，在不同的温度／ 压力／振幅下，P熔体表观粘度随振动的增加而下降存在一个敏感区，并有使表观粘度最低的最佳振动频率，过了敏感区，表观粘度随振动频率的增加有较小的回升，实验曲线趋于平缓。本实验中，PS熔体表观粘度降低多达60．3％。     

Rheological equation for polymer melt under the action of vibration

Abstract

The entire extrusion process of a polymer melt within a capillary was analyzed thoroughly when a sinusoidal vibration of small amplitude was superimposed in parallel on the flow direction of the polymer melt. On the basis of rheological measurement, an equation for a polymer melt under parallel vibration, i.e. the apparent viscosity, was obtained. Calculation of the apparent viscosity was established by making use of novel experimental equipment. After collecting and analyzing the instantaneous data of capillary entry pressure, capillary volume flux and their phase difference in a superimposed vibration, the apparent viscosity of low-density polyethylene (LDPE) within a capillary was calculated. Meanwhile, the relationship of shear stress vs. shear rate for a LDPE melt with and without imposed vibration was presented.