[產(chǎn)品庫(kù)]主題： 輔微管擠出成型模擬-擠塑加工 ... 發(fā)佈者： 擠塑加工
03/24/2018
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輔微管擠出成型模擬-擠塑加工
上海栩彤塑膠科技有限公司多年來一直緻力於：led擠出産品，擠出模具，管材，異型材，擠塑加工，pvc塑料擠出等設(shè)計(jì)、加工服務(wù)，價(jià)格實(shí)惠，質(zhì)量有保證！氣輔微管擠出成型模擬：
1 數(shù)值研究——擠塑加工廠傢來爲(wèi)大傢娓娓道來：
1. 1 幾何模型和有限元模型
由於本文研究的微管結(jié)構(gòu)軸對(duì)稱，故取其1 /4 部分進(jìn)行研究。其幾何模型1a 所示，其中，A-A爲(wèi)口模入口，B-B 爲(wèi)氣體入口，C-C 爲(wèi)口模出口，AB爲(wèi)無氣輔段，BC 爲(wèi)有氣輔段，CD 爲(wèi)自由錶麵，AB= 2 mm，BC = 2 mm，CD = 3 mm。在傳統(tǒng)微管擠出中，AC 段爲(wèi)擠出口模段。用Gambit 建模並劃分成六麵體網(wǎng)格，在口模出口和氣體入口附近適當(dāng)加密網(wǎng)格，b 爲(wèi)氣輔微管擠出的網(wǎng)格劃分圖，網(wǎng)格總數(shù)3200個(gè)。
1. 2 數(shù)學(xué)模型
基本假設(shè): 聚闔物熔體不可壓縮，流動(dòng)過程等溫，流體爲(wèi)冪律非牛頓流體，由於聚闔物的髙黏性，忽略慣性力和質(zhì)量力對(duì)流動(dòng)的影響。異型材廠傢指出，控製方程如下:式中，v － 速度矢量，m/s; τ － 應(yīng)力張量，Pa; p － 壓力，Pa。 由於剪切速率變化範(fàn)圍較大，根據(jù)微流道流動(dòng)特性，本文採(cǎi)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 － 鬆馳時(shí)間，s; n － 非牛頓指數(shù); r －剪切速率，s － 1。
選用聚丙烯( PP) 爲(wèi)模擬材料，根據(jù)文獻(xiàn)［13］，其物性參數(shù)如下: η∞ = 0 Pa·s，η0 = 99. 575Pa·s，λ= 0. 0032s，n = 0. 3292。
1. 3 邊界條件
根據(jù)微管成型流動(dòng)特點(diǎn)，本研究模擬所用邊界條件如下:
1) 入口麵: 體積流量爲(wèi)20 mm3 /s，假定入口處熔體流動(dòng)爲(wèi)充分發(fā)展流。
2) 壁麵: 宏觀尺寸的擠出時(shí)通常設(shè)爲(wèi)壁麵無滑移，但在微尺度下壁麵滑移對(duì)熔體的影響增強(qiáng)，採(cǎi)用Navier 滑移模型［14］，即:
式中，∫s － 熔體切向應(yīng)力; Fslip － 滑移係數(shù); 傳統(tǒng)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(shù)，取0. 579 5［13］; vwall － 壁麵切向速度，取零值; vs － 熔體切向速度。
3)自由錶麵: 滿足動(dòng)力學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)邊界條件:
式中，∫n － 熔體法向應(yīng)力; vn － 熔體法向速度。
4) 對(duì)稱麵: ∫s = 0，v n = 0
5) 自由錶麵末端: 無外力牽引的情況下，此麵上熔體的法向力∫n = 0，切向速度vs = 0。
2 數(shù)值模擬結(jié)果分析
2. 1 擠出脹大分析
擠出脹大現(xiàn)象可用擠出物自由錶麵末端脹大麵積和口模截麵麵積之比來錶示，（pvc塑料擠出）即擠出脹大率B:式中，S1 － 口模截麵麵積; S2 － 擠出物製品截麵麵積。
口模截麵麵積爲(wèi)0. 251 mm2，傳統(tǒng)微管擠出自由端麵麵積爲(wèi)0. 262 mm2，根據(jù)式( 6) 計(jì)算可得脹大率爲(wèi)4. 4%，而氣輔微管擠出時(shí)，擠出脹大率約爲(wèi)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(chǎng)分析
分別爲(wèi)傳統(tǒng)微管擠出和氣輔微管擠出口模出口麵的X 向和Y 向速度分佈雲(yún)圖，其中圖2a爲(wèi)傳統(tǒng)微管擠出，2b 爲(wèi)氣輔微管擠出。由圖2 可知，傳統(tǒng)微管擠出時(shí)，管壁中心外側(cè)聚闔物熔體沿X方向地速度爲(wèi)正值，而內(nèi)側(cè)則爲(wèi)負(fù)值; 由圖3 可知，傳統(tǒng)微管擠出時(shí)，管壁中心外側(cè)聚闔物熔體沿Y 方向的速度爲(wèi)正值，而內(nèi)側(cè)則爲(wèi)負(fù)值。而對(duì)氣輔微管擠出而言，聚闔物熔體沿X、Y 方向的速度基本爲(wèi)零，即很好地解釋瞭氣輔微管擠出能減小擠出脹大。
爲(wèi)傳統(tǒng)微管擠出和氣輔微管擠出口模出口麵的Z 向速度分佈雲(yún)圖。從圖中可知，傳統(tǒng)微管擠出中Z 向速度呈階梯分佈，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(chǎng)分析
爲(wèi)傳統(tǒng)微管擠出和氣輔微管擠出的熔體壓力場(chǎng)，其中圖5a 爲(wèi)傳統(tǒng)微管擠出，圖5b 爲(wèi)氣輔微管擠出，通過兩圖對(duì)比可知，氣輔微管擠出的至大壓力比傳統(tǒng)微管擠出降低瞭約51. 1%，這是由於傳統(tǒng)微管擠出過程中熔體與口模壁麵直接接觸，存在較大的摩擦阻力，而氣輔微管擠出時(shí)，由於氣體的引入使熔體不與口模壁麵接觸，在擠出過程中基本不存在壁麵對(duì)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 爲(wèi)根據(jù)圖5 的坐標(biāo)係所畫的熔體在( 0、0.8、0) 到( 0、0. 8、7) 兩點(diǎn)連線的壓力麴線圖，由圖可知，傳統(tǒng)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(shì)，在口模出口處達(dá)到零，而氣輔微管擠出在氣體入口處熔體壓力已降爲(wèi)零。
2.4 剪切速率場(chǎng)分析
爲(wèi)傳統(tǒng)微管擠出和氣輔微管擠出口模出口麵的剪切速率分佈雲(yún)圖，其中爲(wèi)傳統(tǒng)微管擠出，爲(wèi)氣輔微管擠出。由圖可知，傳統(tǒng)微管擠出時(shí)，口模壁麵處剪切速率至大，而氣輔微管擠出的剪切速率基本爲(wèi)零，且分佈均勻。在聚闔物擠出過程中，由於正應(yīng)力效應(yīng)，擠出脹大隨著剪切速率的增加而增大，當(dāng)剪切速率超過某一臨界值時(shí)，擠出物錶麵會(huì)開始變粗糙，出現(xiàn)“鯊魚皮”，更大時(shí)會(huì)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後，不會(huì)産生因剪切速率引起的擠出脹大，也不容易産生“鯊魚皮”和熔體破裂等質(zhì)量缺陷。
3結(jié)論
1) 氣輔微管擠出能基本消除擠出脹大，並使熔體的速度場(chǎng)均勻一緻，從而能更精確地控製擠出製品的尺寸和形狀。
2) 氣輔微管擠出中，熔體壓力比傳統(tǒng)微管擠出減少約51. 1%，並在氣體入口處降爲(wèi)零，在整個(gè)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，提髙擠出産量。
3) 在口模出口處，氣輔微管擠出的剪切速率基本爲(wèi)零，分佈均勻，因此不易産生“鯊魚皮”和熔體破裂等質(zhì)量缺陷，對(duì)某些具有低臨界剪切速率的髙聚物熔體微管擠出有重要意義。
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最後更新: 2018-03-24 15:22:46
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