方管聚合物气辅挤出数值模拟和口模设计

摘要

挤出成型技术在聚合物加工领域占据着举足轻重的地位,其在塑料成型中应用非常广泛,不仅用于各行业生产中也普遍用于家庭生活中。其中对于挤出技术的研究主要难点和关键之处在于其口模的设计,因为挤出口模直接影响着挤出物的质量和形状。传统挤出口模的设计主要采取不断的试模和修模方法,此法不仅在生产加工中耗费大量的时间且成本高。采用数值模拟方法来预测所要挤出制品的口模形状,分析熔体在口模中的流动情况来优化口模结构,这对异型材挤出口模设计具有重大意义。本文应用polyflow软件,采用PTT粘弹本构,对方管型材挤出口模进行设计和流动分析,并确定方管型材挤出口模出口截面的形状及尺寸。本文主要研究内容如下:
　　(1)对聚合物挤出成型工艺、成型理论进行介绍,并根据其流动特点,基于聚合物流变学和流体力学基本方程,以方管口模为研究对象建立气辅挤出过程的相关数学模型。
　　(2)通过PRO/E、GAMBIT等三维软件进行几何建模和网格划分,以壁面剪切应力为零来代替气垫膜层的作用,作为气辅挤出口模壁面的动力学边界条件,应用POLYFLOW软件对方管口模挤出过程进行数值模拟研究。
　　(3)通过数值模拟,得到并分析了速度场、压力场及应力场等相关物理场量,并对挤出胀大和变形作出深入探讨。明确了气辅挤出能消除挤出胀大,减小压降从而提高制品精度和质量。
　　(4)分析不同工艺参数和物性参数对气辅挤出成型口模内的各场量的影响,探讨这些因素的影响规律,指出不同参数的变化在挤出加工过程中对各场量产生不同程度的影响。
　　(5)结合数值模拟技术与理论模拟,分析口模几何尺寸与气辅挤出口模内外的各场量之间的变化规律(如改变滑移段长度、口模壁厚及口模截面积观察挤出压降、速度及剪切速率的变化)。确定出方管挤出口模的合理几何结构和尺寸,设计出方管型气辅挤出口模。

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第1章 绪论

1.1 引言

1.2 聚合物挤出成型技术

1.3 聚合物气辅挤出研究进展

1.4 挤出口模的研究状况

1.5 课题来源、研究意义及内容

1.6 本章小结

第2章 异型材气辅挤出口模流动的数学模型

2.1 流体力学基本方程

2.2 本构方程

2.3 基本假设

2.4 有限元模型

2.5 自由表面的更新

2.6 本章小结

第3章 方管型口模气辅挤出的有限元分析

3.1 方管型截面口模气辅挤出

3.2 物性参数、工艺参数

3.3 边界条件

3.4 模拟结果及分析

3.5 本章小结

第4章 气辅挤出中的影响因素及讨论分析

4.1 工艺参数对挤出的影响

4.2 物性参数对挤出的影响

4.3 本章小结

第5章 方管口模设计

5.1 不同气辅段长度对挤出的影响

5.2 不同方管口模壁厚对挤出的影响

5.3 不同口模截面对挤出的影响

5.4 本章总结

第6章 结论与展望

6.1 结论

6.2 进一步工作的方向

致谢

参考文献

攻读学位期间的研究成果