PET片材挤出成型有限元模拟及工艺研究

摘要

PET具有产量大、价格低、耐热性、耐化学药品性、耐磨性、电绝缘性等优点，在工业生产中有广泛的应用空间，因此深入研究PET的加工技术和成型工艺引起人们的关注。
　　本文以塑料挤出成型理论为基础，将聚合物流变学、计算流体动力学和塑料加工工艺相结合，对聚合物熔体片材口模流道内的流动系统地开展了计算机模拟研究。
　　利用POLYFLOW软件，分别对长方形片材挤出口模和衣架型片材口模流道内的聚合物熔体的流动规律开展了模拟分析，获得了压力场、速度场和温度场的分布。对聚合物双层共挤开展了模拟分析，获得了共挤片材自由边界的变化状态。
　　对长方形片材挤出口模进行了挤出胀大分析和口模的优化，并深入探讨了影响口模设计质量的速度出口均一性和入口体积流率，重点分析了Cross指数和入口体积流率对聚合物熔体压力和速度分布的影响。而对于应用广泛的衣架型口模，主要研究了歧管扩展角、入口段长度和扇形过渡区长度对流道内聚合物熔体的压力、速度和温度的分布影响。在聚合物共挤模拟中，重点研究了入口体积流率和口模流道收敛角对自由边界的影响。
　　通过模拟研究，获得了指导成型工艺和模具设计的相应规律。PET片材在挤出成型中胀大现象较为明显，在模具设计时应该充分考虑聚合物的挤出胀大效应，这一问题可通过逆向挤出功能予以解决。熔体压力和速度随Cross指数和入口体积流率的增大而增大。在衣架型口模中，歧管扩展角对熔体的压力和速度影响显著，但对熔体的温度分布影响不明显。在歧管扩展角为某一特定值时，出口处熔体物理量场分布较为合理。随着入口段长度的增大，所需挤出压力增大，出口温度随入口段长度的增加而降低。扇形过渡区长度的变化对熔体压力和速度的分布影响显著，但对熔体温度的分布影响不明显。在共挤成型中，入口体积流率对共挤片材的自由边界变化影响显著，但口模流道收敛角对自由边界的影响不明显。
　　最后，针对挤出片材开展了实验研究，在不同的温度、螺杆转速和辊筒速度下制备挤出片材，解释了挤出片材产生缺陷的原因。为得到较好拉伸取向的片材，在挤出过程中三辊压光机辊筒的线速度要稍大于片材的挤出速度。通过调整工艺得到了透明的PET片材，并通过拉伸试验测试了不同片材制品的力学性能，得出非结晶形状规则的片材拉伸性能明显好于结晶形状不规则片材的拉伸性能。

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Contents

1 绪 论

1.1 引言

1.2 塑料片材的几种成型方法比较

1.3 PET简介

1.4 片材挤出口模的研究与应用概括

1.5 本课题研究的目的和意义

1.6 本课题的研究内容

2 挤出成型工艺及有限元模型的建立

2.1 引言

2.2 挤出成型工艺

2.3 聚合物熔体流动的控制方程

2.4 有限元模型的建立

2.5 本章小结

3 长方形片材挤出口模内熔体流动的有限元模拟

3.1 引言

3.2 前置处理

3.3 三维有限元分析

3.4 计算结果分析

3.5 片材的挤出胀大分析

3.6 片材口模的优化

3.7 影响长方形片材口模熔体分布的因素

3.8 本章小结

4 衣架型口模片材挤出成型有限元模拟

4.1 引言

4.2 前置处理

4.3 各个场量的分布分析

4.4 歧管扩展角β对挤出的影响

4.5 入口段长度对挤出的影响

4.6 扇形过渡区长度对挤出的影响

4.7 本章小结

5 聚合物双层共挤过程的有限元模拟

5.1 引言

5.2 前置处理

5.3 结果分析

5.4 本章小结

6 片材挤出实验

6.1 引言

6.2 实验用料

6.3 实验设备简介

6.4 实验过程与结果

6.5 拉伸实验

6.6 本章小结

7 总结与展望

7.1 主要结论

7.2 工作展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间从事科学研究及发表论文情况