塑料异型材气辅包覆共挤数值模拟与实验研究

摘要

塑料异型材是指横截面为非圆形的挤出塑料制品，如瓦楞、槽、T形、L形等，相对于其他材料制品具有质轻、环保、能满足复杂结构等的优点。由两种或者两种以上聚合物材料通过同一口模同时被挤出成型的技术称为聚合物共挤出成型技术。同时共挤出成型时，熔体之间不需外界黏结，可变化材料生产多种不同的共挤出成型制品，且生产过程效率高，成型制品性能提高且成本较低等诸多优点而被广泛应用于实际生产中。气体辅助挤出成型技术是气体技术在挤出技术上的运用，是一种新型的技术，该技术的原理是将气体引入到口模，使得聚合物熔体在挤出过程中与口模壁面不直接接触，同时口模的壁面与聚合物熔体之间会形成稳定的气垫层，致使聚合物熔体在口模内的挤出由原来传统非滑移的黏着剪切挤出转变为气辅完全滑移的非黏着剪切挤出。相比于传统挤出成型技术，气体辅助成型技术在挤出成型上的运用，大大减小了聚合物熔体的挤出胀大率、同时熔体的压力将也明显减小，即挤出所得到的产品截面与口模形状基本保持一致。本文在单组份及多组份多层气辅挤出的基础上，进行包覆共挤的理论及实验分析研究，主要研究内容如下：
　　在流体力学和流变学原理的基础上，结合包覆共挤成型的相关特点，建立了L型包覆共挤出的有限元模型，同时运用POLYFLOW软件选用Phan Thien-Tanner(PTT)本构方程对该模型进行模拟研究，分别研究分析了熔体在传统包覆共挤及气辅包覆共挤时，熔体在包覆共挤口模内、外的流动。
　　数值模拟分别研究了聚合物熔体自身的物性及相关的工艺参数对传统(气辅)包覆共挤出的影响，其中包括聚合物熔体的挤出流率、用料组合、熔体层厚度、黏度、材料参数ε和ξ及松弛时间，并对传统包覆和气辅包覆共挤出进行了对比，同时研究了气辅包覆共挤时所需的气辅段长度。
　　搭建了实验平台，包括设计及加工 L型气辅包覆共挤口模，同时进行相关的实验，通过实验验证了气辅在包覆共挤技术上的运用是否可行，并研究分析了气辅包覆共挤气体压力及温度对实验的影响，并指出实验所需主要的事项。

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第1章 绪论

1.1 研究背景

1.2 共挤出成型技术

1.3 气辅挤出成型技术

1.4 气辅共挤研究现状

1.5 课题来源、意义及研究内容

1.6 本章小结

第2章 气辅包覆共挤的数学模型

2.1 流体力学基本方程

2.2 本构方程

2.3 阿伦尼乌斯方程(Arrhenius)

2.4 基本假设与基本方程的简化

2.5 有限元求解技术

2.6 数值模拟流程

2.7 本章小结

第3章 异型材气辅包覆共挤胀大的有限元分析

3.1 几何模型和网格模型

3.2 物性参数

3.3 边界条件

3.4 模拟结果及分析

3.5 本章小结

第4章 异型材气辅包覆共挤影响因素的讨论分析

4.1 工艺参数对包覆共挤的影响

4.2 聚合物熔体物性参数对包覆共挤的影响

4.3 气辅段长度预测

4.4 本章小结

第5章 异型材气辅包覆共挤口模设计与实验研究

5.1 气辅包覆共挤成型实验装置

5.2 验原料及测量仪器

5.3 实验过程

5.4 实验结果及分析

5.5 本章小结

第6章 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

致谢

参考文献

攻读学位期间的研究成果