微注塑充模过程中壁面滑移对熔体流动影响的研究*

针对微型塑料件注塑充模过程中,壁面滑移对流动的影响不可忽略的情况,运用流体分析软件Fluent,以微阶梯圆形截面通道为模型,在考虑和不考虑壁面滑移的情况下,对微注塑充模流动过程中壁面滑移的影响进行了数值模拟。分析了细通道近壁面处熔体的剪切速率和黏度,发现考虑壁面滑移时近壁面处的剪切速率略大,黏度略低。研究了熔体在粗通道和细通道中沿径向的流动速度和温度分布,以及沿微通道流动方向上的压力分布。结果表明,考虑壁面滑移时熔体流动速度较大,与壁面接触的熔体流动速度不再为零,且微通道截面尺寸越小,这种现象越明显;考虑壁面滑移时近壁面处熔体温度略高,并且粗通道中的这种现象更明显一些;壁面滑移对微通道中的压力分布几乎没有影响。总体而言,壁面滑移有利于微注塑充模。     

壁面滑移条件下聚合物微共挤成型机理探究

基于壁面滑移条件，建立了微小流道内聚合物黏弹三维共挤出流动模型，并运用有限元方法对流动模型进行了模拟计算。为探究壁面滑移条件下聚合物熔体工艺条件和物性参数对成型的影响，分别设置芯、壳层熔体不同的流率比和黏度比，通过分析流道内外的熔体速度分布及层间界面形貌，探究了无滑移和完全滑移两种壁面条件下，熔体流率和黏度对聚合物微共挤成型层间界面的影响规律。结果表明，无滑移壁面条件下，熔体层间界面不稳定，口模内和口模外界面均发生偏移，且在口模出口处发生突变，熔体离开口后存在胀大和变形现象，其胀大和变形程度随着熔体入口流率比和黏度比的变化而变化；完全滑移壁面条件下，口模内熔体层间界面发生偏移，但口模外界面稳定，不存在挤出胀大和变形，且不受熔体入口流率比和黏度比的影响，这对实现聚合物微复合制品的精密成型具有重要意义。     

壁面滑移对两种聚合物熔体共挤出影响的数值研究

在壁面滑移的边界条件下,利用聚合物流体计算软件包POLYFLOW对两种熔体的二维等温共挤出进行了数值模拟.在两侧壁面滑移系数相同和两侧壁面滑移系数不同这两种情形下分别计算了共挤出流动的速度场、压力场、黏度场及剪切速率场,讨论了壁面滑移对共挤出流场、界面形状和挤出胀大的影响.模拟结果表明：当两侧壁面滑移情况相同时,滑移系数越大,界面偏移越大,熔体胀大率增大;当两侧壁面滑移情况不同时,滑移系数相差越大,界面偏移越大,滑移系数小的一侧熔体挤出胀大显著.     

机头流道压缩段过渡形状对管材挤出成型的影响

在分析了塑料熔体经过机头流道的流动过程与流变学特性基础上，将机头流道压缩段的过渡形状设计为直线型和圆弧型。利用Ployfow软件对直线型和圆弧型过渡压缩段的机头流道进行数值模拟，分析不同压缩段过渡形状对流道压力场、速度场和剪切速率场的影响。结果表明，流道压缩段过渡形状设计为圆弧型后，增大了熔体在成型段内的压力降、流动速度几流道出口速度均匀性，提高了管材的密实度、壁厚均匀性和力学强度，减少了熔体在流道内的停留时间。改进后的流道成型段最大壁面剪切速率从99.6 s^-1降低至76.3 s^-1,远低于硬质聚氯乙烯(PVC-U)管材表面出现鲨鱼皮现象的临界剪切速率，流道出口壁面剪切速率均匀性与管材表面质量均得到显著提高。     

动态充模过程熔体表观黏度的实时测量与研究

修正了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,并介绍了建立在此基础上的通过实时测量并记录螺杆位置变化以及浇口流道两端熔体压力变化来表征脉动压力诱导注射成型充模过程熔体实时表观剪切黏度的方法,通过实验研究发现,脉动压力的引入对熔体的实时表观剪切黏度产生了深刻的影响,且降低了充模过程单振动周期内壁面熔体的平均表观剪切黏度及受到的平均剪切应力。在此过程中,还提出了特定振动参数下熔体剪切应力与剪切速率之间相位角的计算方法。     

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.     

滑移壁面蛇形微通道两相流数值模拟

基于Fluent平台,采用CLSVOF方法对滑移壁面蛇形微通道气液两相流动进行了数值计算。计算选用的方法与理论结果具有较好的一致性,同时可以表明疏水壁面会产生滑移现象,且在高度较小的微通道内滑移效果更显著,从而减小通道内流体流动阻力,实现减阻;不同壁面性质通道内流体流动情况的计算结果表明,滑移壁面对截面速度分布趋势几乎没有影响,但上下壁面疏水性不同会影响通道截面最大速度分布。此外接触角及相对粗糙度对滑移特性影响较大,合理设计壁面润湿性及微粗糙元结构可以最大限度发挥滑移现象引起的减阻效果;与无滑移壁面相比,滑移壁面微通道内传热效果更好,且随滑移速度的增大,通道换热增强。     

气辅挤出口模中滑移段长度对挤出胀大比的影响研究

采用壁面滑移方程和Thompson变换,对黏弹性高分子熔体在不同气体辅助挤出口模内的流动进行了数值模拟研究.考察了剪切速率、松弛时间和滑移段长度对挤出物挤出胀大比的影响.研究表明:随着剪切速率和松弛时间的增大,挤出胀大比增大;同时发现当剪切速率或松弛时间增大到某一数值时,挤出物出现先收缩后胀大现象,并伴有熔体破裂现象.模拟还表明:延长气辅挤出口模中滑移段的长度可以避免挤出物发生熔体破裂,并可有效降低挤出胀大比.     

微尺度效应和壁面滑移对微挤出成型的影响分析

研究分析了聚合物在微细管道中的微尺寸效应以及壁面滑移机理,在采用数值模拟软件Polyflow的基础上分析了黏度和壁面滑移对聚合物微尺寸流动的影响,并结合不同的边界条件分析了机头压缩段长度对制品变形的影响。结果表明,有壁面滑移条件下,熔体流动阻力减小,速度分布更加均匀,制品变形较小。     

三螺杆、双螺杆挤出机及其啮合块混合性能的比较

利用Polyflow聚合物流体分析软件,对三螺杆和双螺杆挤出机及不同参数啮合块的流道模型进行了等温数值模拟。经过统计后处理,引入加权平均剪切速率和剪切应力、回流系数等评价指标,深入分析了流场的混合行为。同时对倒三角形三螺杆挤出机和双螺杆挤出机的混合能力进行了对比,以此对三螺杆和双螺杆挤出机混合性能的优劣性加以探讨。