塑料异型材气辅挤出口模流动的理论与实验研究

摘要

气辅挤出是一种新型的挤出成型技术，它是通过气体辅助控制系统和气体辅助挤出口模，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，从而将口模壁面对挤出熔体的阻力降到较低限度。这种全新的聚合物挤出成型技术能有效解决传统挤出中的挤出胀大，挤出口模压降大及当挤出速度超过一定限度时挤出物表面产生不稳定现象(如“鲨鱼皮”现象和熔体破裂)。本文在前人研究的基础上对塑料异型材的气辅挤出成型进行了实验和理论研究，主要研究工作如下： 1、针对气辅完全滑移挤出成型过程和特点，基于流变学和流体动力学理论，经合理假设，建立了描述气辅完全滑移挤出成型过程的全三维稳态等温粘弹性理论数学模型。 2、针对粘弹本构方程、挤出胀大自由表面的追踪和控制方程耦合易于导致数值解扩散和不稳定问题，通过采用 Mini-element、．Evolution、DEVSS法和SU法等稳态有限元离散技术，模拟了传统挤出与气辅挤出中熔体在口模内外的流动。 3、通过数值模拟，得到了不同工况、不同物性参数条件下的各种场量分布，分析了粘弹流变性能参数和工艺参数对气辅完全滑移挤出成型挤出胀大的影响规律，并通过模拟分析确定了有气辅段的合理长度。此外还与传统挤出成型过程进行了定量对比，系统研究了粘弹流变性能参数和工艺参数对异型材挤出成型过程挤出胀大的影响规律。 4、通过对传统挤出与气辅挤出成型过程对比分析，研究结果表明气辅挤出可基本消除挤出成型中的挤出胀大和变形，减小压降。因此，气辅挤出技术不仅可实现挤出制品尺寸的精确控制，而且还起到节能降耗的效果。为挤出的高速化生产实现提供了技术前提条件。 5、设计加工异型材气辅口模，开展异型材的气辅挤出的实验研究。从实验上验证了塑料异型材气辅挤出过程可以实现。并通过实验，研究了不同工况条件下气辅挤出对挤出胀大和口模压降的影响。

目录

文摘

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第1章绪论

1.1引言

1.2文献综述

1.2.1气体辅助挤出成型机理及研究现状

1.2.2塑料异型材挤出成型的研究现状

1.3挤出胀大

1.3.1产生机理及影响因素

1.3.2减小挤出胀大的途径

1.4计算机辅助工程

1.4.1数值计算方法

1.5课题来源、研究意义及内容

1.6本章小结

第2章塑料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

2.1.1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有限元模型

2.4.1稳态有限元求解技术

2.4.2插值函数

2.4.3积分变换

2.5自由表面的更新

2.6本章小结

第3章三维结构口模气辅挤出的有限元分析

3.1 T型截面口模气辅挤出

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模拟结果及分析

3.5.1挤出胀大现象

3.5.2流场分析

3.6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气辅段长度的确定

4.4本章小结

第5章塑料异型材气辅挤出成型实验研究

5.1实验原料

5.2实验装置

5.2.1挤出机及T型气辅挤出口模

5.2.2气辅装置

5.3实验过程

5.3.1实验条件

5.3.2各种物理量测量

5.3.3实验程序

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