EPDM橡胶挤出过程计算机模拟研究

摘要

目前，计算机辅助工程在橡胶挤出过程中起到非常重要的作用。 工业用EPDM橡胶作为一种填充体系，表现出复杂的流变性质，尤其是它的粘弹特性，这也就影响着橡胶的挤出成型过程。以往关于粘弹流体挤出模拟，一方面集中在用粘弹模型研究算法对计算稳定性的影响；另一方面围绕用纯粘性模型研究影响挤出胀大的因素，而这都没有从流体的流变性质，特别是粘弹性，来分析挤出发生的现象。另外对于非等温挤出的模拟都集中在研究算法对模拟结果的影响上面，而没有考察影响挤出成型的工艺条件。本文试图在这些方面应用POLYFLOW软件对EPDM橡胶的挤出及口型设计进行三维模拟研究。 流变测试表明，EPDM 橡胶表现出特殊的粘弹性。线性粘弹范围内的振荡剪切条件下，胶料表现出高弹性；而在稳态剪切流场下，表现出弱弹性，且随填充物含量增大而减小；同时挤出胀大程度相应减小也印证了这一点。 基于此，选择了描述纯粘性流体的Bird-Carreau 模型和描述粘弹流体的PTT 模型，以此来分析胶料的弹性对其挤出胀大的影响程度。结果表明，粘弹模型能更好的反映真实挤出过程，使得相对误差减小到5％以内，而由粘性模型得到的结果与实验结果的误差在10％以内。从工业应用角度来讲，粘性模型得到的误差是可接受的，完全可以应用到复杂挤出过程的模拟。根据所选择的模型，进行了简单口型和复杂口型的等温与非等温模拟，结果表明，口模内壁面滑移程度及有无前置套筒对橡胶挤出胀大影响不同。滑移将减弱挤出胀大；而无前置套筒对挤出胀大无影响。另外，工艺条件如流量、牵引速率、传热速率等，对橡胶挤出胀大影响不尽相同，其中传热速率对挤出过程影响较小。对于相同的口模，为得到相同的挤出断面，流量与牵引速率存在一线性关系。