編輯此資訊 : 輔微管擠出成型模擬-擠塑加工

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上海栩彤塑膠科技有限公司多年來一直致力于：led擠出產品，擠出模具，管材，異型材，擠塑加工，pvc塑料擠出等設計、加工服務，價格實惠，質量有保證！氣輔微管擠出成型模擬： 1 數值研究——擠塑加工廠家來為大家娓娓道來： 1. 1 幾何模型和有限元模型 由于本文研究的微管結構軸對稱，故取其1 /4 部分進行研究。其幾何模型1a 所示，其中，A-A為口模入口，B-B 為氣體入口，C-C 為口模出口，AB為無氣輔段，BC 為有氣輔段，CD 為自由表面，AB= 2 mm，BC = 2 mm，CD = 3 mm。在傳統微管擠出中，AC 段為擠出口模段。用Gambit 建模并劃分成六面體網格，在口模出口和氣體入口附近適當加密網格，b 為氣輔微管擠出的網格劃分圖，網格總數3200個。 1. 2 數學模型 基本假設: 聚合物熔體不可壓縮，流動過程等溫，流體為冪律非牛頓流體，由于聚合物的高黏性，忽略慣性力和質量力對流動的影響。異型材廠家指出，控制方程如下:式中，v － 速度矢量，m/s; τ － 應力張量，Pa; p － 壓力，Pa。 由于剪切速率變化范圍較大，根據微流道流動特性，本文采用Bird-Carreau 黏度模型:式中，η∞ － 無窮剪切黏度，Pa·s; η0 － 零剪切黏度，Pa·s; λ － 松馳時間，s; n － 非牛頓指數; r －剪切速率，s － 1。 選用聚丙烯( PP) 為模擬材料，根據文獻［13］，其物性參數如下: η∞ = 0 Pa·s，η0 = 99. 575Pa·s，λ= 0. 0032s，n = 0. 3292。 1. 3 邊界條件 根據微管成型流動特點，本研究模擬所用邊界條件如下: 1) 入口面: 體積流量為20 mm3 /s，假定入口處熔體流動為充分發展流。 2) 壁面: 宏觀尺寸的擠出時通常設為壁面無滑移，但在微尺度下壁面滑移對熔體的影響增強，采用Navier 滑移模型［14］，即: 式中，∫s － 熔體切向應力; Fslip － 滑移系數; 傳統微管擠出中Fslip = 460 900; 氣輔微管擠出中無氣輔段Fslip= 460 900［13］，有氣輔段Fslip = 0; е － 材料參數，取0. 579 5［13］; vwall － 壁面切向速度，取零值; vs － 熔體切向速度。 3)自由表面: 滿足動力學和運動學邊界條件: 式中，∫n － 熔體法向應力; vn － 熔體法向速度。 4) 對稱面: ∫s = 0，v n = 0 5) 自由表面末端: 無外力牽引的情況下，此面上熔體的法向力∫n = 0，切向速度vs = 0。 2 數值模擬結果分析 2. 1 擠出脹大分析 擠出脹大現象可用擠出物自由表面末端脹大面積和口模截面面積之比來表示，（pvc塑料擠出）即擠出脹大率B:式中，S1 － 口模截面面積; S2 － 擠出物制品截面面積。 口模截面面積為0. 251 mm2，傳統微管擠出自由端面面積為0. 262 mm2，根據式( 6) 計算可得脹大率為4. 4%，而氣輔微管擠出時，擠出脹大率約為零。由此可以得出，氣輔微管擠出能基本消除微管的擠出脹大。2. 2 速度場分析 分別為傳統微管擠出和氣輔微管擠出口模出口面的X 向和Y 向速度分布云圖，其中圖2a為傳統微管擠出，2b 為氣輔微管擠出。由圖2 可知，傳統微管擠出時，管壁中心外側聚合物熔體沿X方向地速度為正值，而內側則為負值; 由圖3 可知，傳統微管擠出時，管壁中心外側聚合物熔體沿Y 方向的速度為正值，而內側則為負值。而對氣輔微管擠出而言，聚合物熔體沿X、Y 方向的速度基本為零，即很好地解釋了氣輔微管擠出能減小擠出脹大。 為傳統微管擠出和氣輔微管擠出口模出口面的Z 向速度分布云圖。從圖中可知，傳統微管擠出中Z 向速度呈階梯分布，而氣輔微管擠出中Z 向速度基本均勻呈柱塞狀擠出。 2. 3 壓力場分析 為傳統微管擠出和氣輔微管擠出的熔體壓力場，其中圖5a 為傳統微管擠出，圖5b 為氣輔微管擠出，通過兩圖對比可知，氣輔微管擠出的至大壓力比傳統微管擠出降低了約51. 1%，這是由于傳統微管擠出過程中熔體與口模壁面直接接觸，存在較大的摩擦阻力，而氣輔微管擠出時，由于氣體的引入使熔體不與口模壁面接觸，在擠出過程中基本不存在壁面對其的摩擦阻力，故氣輔微管擠出能大大減少口模壓力降。圖6 為根據圖5 的坐標系所畫的熔體在( 0、0.8、0) 到( 0、0. 8、7) 兩點連線的壓力曲線圖，由圖可知，傳統微管擠出的熔體壓力從口模入口到出口處呈線性下降趨勢，在口模出口處達到零，而氣輔微管擠出在氣體入口處熔體壓力已降為零。 2.4 剪切速率場分析 為傳統微管擠出和氣輔微管擠出口模出口面的剪切速率分布云圖，其中為傳統微管擠出，為氣輔微管擠出。由圖可知，傳統微管擠出時，口模壁面處剪切速率至大，而氣輔微管擠出的剪切速率基本為零，且分布均勻。在聚合物擠出過程中，由于正應力效應，擠出脹大隨著剪切速率的增加而增大，當剪切速率超過某一臨界值時，擠出物表面會開始變粗糙，出現“鯊魚皮”，更大時會熔體破裂，氣輔微管擠出能大大降低剪切速率，因而熔體在離開口模后，不會產生因剪切速率引起的擠出脹大，也不容易產生“鯊魚皮”和熔體破裂等質量缺陷。 3結論 1) 氣輔微管擠出能基本消除擠出脹大，并使熔體的速度場均勻一致，從而能更精確地控制擠出制品的尺寸和形狀。 2) 氣輔微管擠出中，熔體壓力比傳統微管擠出減少約51. 1%，并在氣體入口處降為零，在整個氣輔段幾乎沒有壓力降，也即氣輔段無黏性能量損耗，因此能大大減小能耗，提高擠出產量。 3) 在口模出口處，氣輔微管擠出的剪切速率基本為零，分布均勻，因此不易產生“鯊魚皮”和熔體破裂等質量缺陷，對某些具有低臨界剪切速率的高聚物熔體微管擠出有重要意義。 我司主營： 擠出產品 www.shxutongsujiao.com

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