工艺参数对聚合物气辅共挤成型的影响.pdf

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1、肖兵，等：工艺参数对聚合物气辅共挤成型的影响47工艺参数对聚合物气辅共挤成型的影响肖兵尹智龙(江西南昌工程学院机械与动力工程学院，南昌330099)(江西蓝天学院机械工程系，南昌330029)摘要利用流体力学有限元分析软件对二维气辅共挤出过程进行数值模拟，研究各工艺参数对聚合物气辅共挤成型的影响。结果表明，速度场的峰值和压力峰值会随着流量的增加而增加；气辅共挤时熔体流动稳定呈柱塞状挤出；气辅共挤可以有效提高挤出速率，防止制品表面的“鲨鱼皮”现象。关键词聚合物气辅共挤成型CFD数值模拟英国的R．F．Liang等¨于2000年首次提出气辅挤出成型技术的概念并进行了相关研

2、究。在口模挤出过程中，聚合物熔体和口模之间形成气垫膜层，从而将现有的非滑移黏着剪切口模挤出方式转化为气垫完全滑移非黏着剪切口模挤出方式，该技术是图2口馍的网格划分一种有效的减黏、降阻的手段J。笔者通过计算流表1PE—LD、PS的性能参数[一体力学有限元分析软件对二维气辅共挤出过程进行材料粘度／Pa·S非牛顿指数松弛时间／s密度／kg·In。数值模拟，研究各工艺参数对聚合物气辅共挤出的PE．LD100ooO．11O0．1960影响，并与传统的共挤出工艺进行对比。PS447000．2942．O69701数值模拟1．3边界条件数值模拟采用无限宽共挤出流道的二维几何模(1)

3、口模入口处型，如图1所示。口模尺寸为：AB=AU=BT=UT=UA、MN分别为两种熔体的入口，设定上、下两CS=DP=EQ=FG=2cm；CD=4cm；DE=3．5cm：种聚合物的入口流量分别为Q1=1cm／s、Q2=1EF=7cm；BC=5．2cm；收敛角(／TSR)=60。；共cm／s(流量比为1：1)；Q1=1cm／s、Q2=3cm／s挤出上下部分沿着直线SG对称。(流量比为1：3)；Q1=3cm／s、Q3=1om／s(流量AB比为3：1)三种情况。并假设入口处的流动充分发F展。分别对传动共挤和气辅共挤进行比较。G(2)无气辅段口模内壁处H在无气辅段(CD、K

4、J)，熔体和口模内壁之间没有相对滑移，即=V=0，其中、Ys分别为口模壁图1口模几伺模型面处熔体的法向速度和切向速度。1．1有限元网格划分(3)有气辅段口模内壁处15模几何造型和网格划分采用流体分析建模软在有气辅段(DE、JI)壁面形成了气垫层，以壁件GAMBIT来完成，此类口模流动属于二维流动，选面处剪切应力为0来代替气垫层的作用。边界条件取八节点四边形单元，坐标原点取在P点(见图1)，为：=0，=0，其中r为滑移壁面处的剪切应力。纵坐标为Y轴，横坐标为x轴。在流体梯度变化较(4)自由表面处大的地方，如两种熔体的入口处(Au、MN)、气体入自由表面处需满足速度和应

5、力边界条件，当不口处(DP、PJ)、I51模出15处(EQ、QI)，应当将网格划考虑表面张力时，秽=0，丁=0，其中为熔体的法分的比较细密，初始网格的划分如图2所示。向应力。1．2材料特性(5)熔体出口处以低密度聚乙烯(PE—LD)、聚苯乙烯(PS)为对FG、GH分别为两熔体的出口，边界条件为：=象对二维气辅共挤出成型过程进行模拟，PE—LD从入口1进入，Ps从入口2进入。材料参数见表1。收稿日期：2010一i1．18肖兵，等：工艺参数对聚合物气辅共挤成型的影响49流道入口处，共挤出熔体的界面曲线变化很大，而在传统共挤口模出口处剪切速率急剧增加，当其沿x轴方向接近模

6、具中心部位界面变得近乎平直。超过某一限度时挤出物表面就会出现“鲨鱼皮”现因此在设计模具时，必须选定足够的模具长度才能象，而气辅共挤时，人I-I流量变化时口模出口处的剪获得稳定的共挤出界面。两种流体人口流量比的变切速率保持为零，尽管气体入口处的剪切速率会增化会引起共挤出界面位置和形状的变化。随着两种加，但在有气辅段有足够的松弛时间，挤出物表面不熔体流量差异的增大，界面位置偏移量增大，同时出易出现“鲨鱼皮”现象。口截面上熔体界面曲线的曲率增大。(4)流量比对口模压降的影响(3)流量比对剪切速率的影响图9、图10示出不同流量比时Y=0处气辅共图7、图8示出不同流量比时气辅

7、共挤和传统挤压力沿x方向的分布。由图9、图10可知，两种共挤口模内壁处剪切速率沿x方向的分布。由图气体流量比下口模压降变化规律类似，在人口处压7、图8可知，流量比变化时剪切速率会发生变化，在力最大，沿着x轴，在气体人口处压力逐步减小为流量比为1：3和3：1时剪切速率的变化基本相似，零；随着共挤总流量的增加，其压力峰值随之增加。3．5但比流量比1：l时有所增加，这主要是因为人口处3．02．5气体总流量s~DIJ，使口模内壁剪切速率增加。从图8可以看出，气辅共挤时，在无气辅段，气体入口处剪切速率急剧上升，出现峰值；在有气辅段，气体人0-0．5口处熔体由非滑移状态突然