数值研究壁面条件对abs螺杆模具挤出成型的影响(1)

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1、《*．§：女Ⅲ目f女!自**"AB$##《##＆＆目∞#自数值研究壁面条件对ABS螺杆模具挤出成型的影响彭涛陈晋南n《ⅢI^}mI目g*}R，n#10008l楠要敷ⅢⅢ完壁自豪*对ABs镕#单《轩模#挤女成型过#∞影自。月广RN“n￡肆∞章夸*轴＆相*参＆n。女￡壁自剪切＆女∞鲁*。在{目壁自齐#f，使mPol如ow软*，敷*计算T螺杆棰^挤mABS镕*∞a自，}析7《#m《自艋蝽¨}*mt∞tm规律。*宛*}袁％+ARS镕体模^挤m成■时，n暑，k”减十．差十镕镕m*∞速度、Ⅱ女、剪自速率##虚∞梯度都域十。壁自滑8模^☆o截自熔悼的均自#度*十壁

2、自^滑耪模其女口羲自镕镕的均自8度。目n，壁自滑耪有利f减m模#女口挤女制；日日应女。＆善棰具壁自备件有利f提高摸*挤女成Ⅲ制；∞表自质量。美键月壁自滑耪《杆挤＆成■##＆值#*在聚舍物螺杆挤出成型过程中，挤出制品的表面质量与模具结构、壁面条件和加工工艺等密四相关。螺杆模具挤出成型聚合物时，聚台物熔体与固体表面之间有相对切向运动．即聚合物发生壁面滑移。模具挤出成型中壁面滑移与聚合物的物性、模具壁面条件和加工工艺等密切相关。Vlqgamaram-v—ggal“数值研究了壁面滑移对线缆包覆挤出成型的影响，指出壁面滑移减少了模具出口制品应力的奇异性，降低了

3、模具内熔体应力的峰值．提高了挤出制品的表面质量。PGRutgeH等01分析了模具壁面不稳定因素对线性低密度聚乙烯(LLDPE)模具挤出成型过程的影响，指出在临界拉伸应力下LLDPE熔体局部开始破裂。MitsouIi％Evan等”1数值研究了聚四氟乙烯(PTFE)的挤出成型过程，指出模具长度、挤出速度和壁面条件等影响FIFE熔体中纤维组织的百分含量。SGHatzikitiakos等”1研究了锥形毛细管模具锥角、壁面滑移系数、幂律模型的非牛顿指数与聚台物的压力降相互之间的关系。黄兴元等。1总结了壁面滑移的缠结一解缠机理和吸附一解吸附机理。缠结一解缠机理认

4、为壁面滑移发生在靠近壁面的低粘润滑层。吸附一解吸附机理认为壁面滑移发生在模具壁面上。王克俭等”3提出的z—W滑移模型认为．聚合物熔体分子团的壁面滑移行为同时存在着缠结一解缠和吸附一解吸现象．界面分子团与壁面处于动态的吸附一解吸过程，界面分子团和本体分子团问处于动态的解缠一重新缠结的过程。MATchesnokova等⋯’指出．熔休流动的边界层厚度随着流量的增加而减小，壁面剪切应力是剪切速率的非单词函数，当模具壁面的熔体微团吸附和解吸竞争机制达到平衡时，剪切速率有最大值。笔者用广义Navier定律的聚合物物性相关参数F．klp确定壁面剪切应力的条件．数值

5、模拟了ABS塑料单螺杆模具挤出成型的过程，计算了模具漉道内ABS熔体的流场，重点讨论了壁面条件对ABS熔体流场的影响。1几何模型和数学模型笔者研究单螵杆棒材挤出模具，以模具进口截面中心为原点，挤出方向为z轴建立坐标系。模具输送段直径为60“瑚，长度为40m“；过渡段锥角为45。，长度为20m“；成型段直径为20mm，长度为20m。；自由表面直径为20mm，长度为60mm。采用六面体单元网格划分模具流道，在模具过渡段两端加密，最后网格数为51360。图1给出了模具的几何模型和网格划分。(4)(b)a一网#“分；h一截Ⅲ#参考＆＆i目l##∞n自#女自月

6、#Ⅻ#根据蜾杆模具挤出ABS的工况，假设模具流道内熔体全充满，为不可压缩三维稳态等温层流，不考虑熔体弹性和拉伸粘度。ABS熔体是高粘度流体，挤出过程中惯性力和质量力相对于粘性力都很小，可以忽略不计。在以上假设条件下．描述模具内ABS熔体拼c动的控制方程为：连续性方程：V⋯0(1)20104十目I目##＆e##＆$ⅢW§≈女$运动方程：一v·P·f+v·f=0(2)本构方程：f=27／·，·D(3)变形速率张量田=(VⅡ+v·u’)／2(4)式中u——速度+m／s；P——压力，Pa；J——单位张量；t一应女张量，Pa；7——剪切速率，5；D——变形速率

7、张量．s．∞——表观粘度，Pa·s。用Bird—Carreau本构模型描述ABS塑料的表观粘度w：⋯-+蒜㈣式中：仉——无穷剪切粘度，即y_*时_的极限，Pa-s：讯——零剪切粘度．Pa·8；^——松弛时间。8；n——非牛顿指数。文献[8]中，吼取1000Pa·e，^取05s．n取04。模具进口体积流量为50x10m3／s，出13为自由流出。模具壁面剪切应力条件遵循广义Navior定律：f．=如。(‰】一“．)Iq一¨讪I”1(6)式中：f．—壁面上熔体的剪切应力，Pa；，k——聚合物物性相关参数，P8；“．——壁面上焙体的四向速度，m／s；Ⅱ训——

8、模具壁面的切向速度。rn／5；一聚合物物性相关指数。，岫=*表示壁面无滑移㈨F=0表示壁面全滑移，为了研究壁