气辅共挤成型界面稳定性数值模拟及实验研究

摘要

气辅共挤成型是一种将气辅挤出技术和共挤成型技术结合在一起新型的共挤成型技术，它是通过气体辅助控制系统和气体辅助共挤出口模，使挤出时在挤出口模壁面形成一层稳定的气垫膜层，挤出由非滑移粘着剪切口模挤出方式转换为完全滑移非粘着剪切口模挤出方式，以降低剪切应力，改善共挤成型的界面稳定性。本文在前人研究的基础上对气辅共挤成型进行了三维粘弹非等温理论及实验研究，主要研究工作如下： 1、针对气辅共挤成型的特点，以及黏性耗散和口模壁面与熔体可能存在的热量交换，基于流变学，流体动力学理论及聚合物热性能，经合理假设，建立描述气辅共挤成型过程的全三维非等温粘弹性数学模型。 2、采用Giesekus粘弹本构方程、针对黏性耗散及界面不稳定性模拟传统共挤出与气辅共挤出中熔体在口模内的流动以及共挤界面情况。 3、通过数值模拟，得到不同工况、不同物性参数条件下的各种场量分布，分析粘弹流变性能参数和工艺参数对传统共挤出成型和气辅共挤出成型界面不稳定性的影响规律。 4、通过对传统共挤出与气辅共挤出成型过程对比，分析气辅共挤相对于传统共挤在界面稳定性上的优点。 5、通过实验对模拟结果进行验证。

目录

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第1章绪论

1.1引言

1.2气辅共挤成型原理

1.2.1共挤成型技术

1.2.2气辅挤出成型技术

1.2.3气辅共挤出成型原理

1.3聚合物共挤成型界面不稳定性

1.3.1聚合物传统共挤出成型界面不稳定性

1.3.2气体辅助共挤出成型界面不稳定性

1.4课题来源、内容

1.5本章小结

第2章气辅共挤出口模流动的数学模型

2.1流体力学基本方程

2.1.1连续性方程

2.1.2动量方程

2.1.3能量方程

2.2本构方程

2.3基本假设

2.4热力学特征

2.4.1粘度对温度的依赖性

2.4.2黏性耗散

2.4.3口模壁面传热

2.5本章小结

第3章三维粘弹非等温气辅共挤出的有限元分析

3.1气辅共挤口模结构

3.1.1口模构型

3.2物性参数、工艺参数

3.3有限元网格划分

3.4边界条件

3.5模拟结果与传统共挤成型的比较

3.6流场结果与分析

3.6.1速度场的分析

3.6.2剪切速率的分布

3.6.3压力场的分布

3.7本章小结

第四章气辅共挤出成型实验研究

4.1实验原料

4.2实验装置

4.2.1实验系统构成

4.2.2气辅装置

4.3实验过程

4.3.1实验条件

4.3.2各种物理量测量

4.3.3实验程序

4.4实验结果及分析

4.5本章小结

第五章材料和工艺参数对气辅共挤界面稳定性的影响

5.1熔体粘度比对气辅共挤界面稳定性的影响

5.2黏性耗散对气辅共挤界面稳定性的影响

5.3口模温度对气辅共挤界面稳定性的影响

5.4松弛时间对气辅共挤界面稳定性的影响

5.5层厚比对界面稳定性的影响

5.6本章小结

第六章结论与展望

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