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在等温理论模型得到实验验证的基础上,运用有限元方法对i形多层共挤口模进行了三维非等温粘弹数值模拟研究,对比分析了传统共挤和气辅共挤成型时口模内的流场和口模外离模膨胀及界面形状的异同.研究结果表明,熔体流率的变化对传统共挤和气辅共挤成型过程中壳层和芯层的离模膨胀现象均有较大影响,但对异型材整体离模膨胀现象影响不明显;气辅共挤不仅能有效减小甚至消除传统共挤过程中的离模膨胀现象,而且具有显著的节能效果;共挤口模出口处剪切速率和二次流动最大值处即为制品变形最严重处.

关键词: 挤出胀大 , 数值模拟 , 粘弹性 , 气辅共挤

L型异型材气辅共挤胀大的三维等温数值模拟

何建涛 , 柳和生 , 黄兴元 , 邓小珍 , 黄益宾

高分子材料科学与工程

应用有限元分析方法,采用Giesekus本构方程,对L型双层共挤模型进行了三维粘弹等温共挤出数值模拟,分析了2种不同进料方案下传统共挤和气辅共挤口模出口面的速度场、剪切速率场以及挤出胀大和变形情况.研究表明,异型材传统共挤的挤出胀大和变形受进料方案的影响,而气辅共挤则不受其影响.异型材传统共挤在口模出口面速度的非均匀分布是导致挤出胀大和变形的主要原因;气辅共挤口模出口面速度分布均匀,无胀大和变形,说明气辅共挤能消除异型材传统共挤中的挤出胀大和变形.

关键词: 气辅共挤 , 挤出胀大 , 异型材 , 粘弹流动 , 数值模拟

气体辅助工艺对曲线型异型材共挤成型的影响

邓小珍 , 柳和生 , 黄兴元 , 黄益宾 , 万齐访

高分子材料科学与工程

基于流变学基本方程和PTT本构方程,建立了三维粘弹曲线型塑料异型材包覆共挤成型数值模型,运用有限元方法对数值模型进行了模拟计算,分析研究了气体辅助工艺对曲线型异型材共挤成型过程中挤出胀大、扭曲变形及口模内流场分布的影响.研究结果表明,传统共挤成型时,共挤制品的挤出胀大及变形、口模内熔体速度场、压力场、剪切速率及应力场等的分布均随着壳层熔体黏度的变化而变化,而气辅共挤成型时,共挤制品的挤出胀大和变形现象以及口模内熔体流场的分布均与芯壳层熔体的物性无关,能实现制品截面形状和尺寸与口模截面形状和尺寸保持一致的精密共挤.

关键词: 曲线型异型材 , 气辅共挤 , 粘弹性 , 挤出胀大 , 数值模拟

非等温气辅共挤出胀大的三维粘弹数值模拟

邓小珍 , 柳和生 , 黄益宾 , 黄兴元 , 何建涛

高分子材料科学与工程

采用PTT本构方程和Arrhenius黏度对温度依赖方程,运用有限元方法,对低密聚乙烯(LDPE)/高密聚乙烯(HDPE)熔体的共挤过程进行了三维非等温粘弹数值模拟,对比分析了两熔体在传统和气辅共挤过程中的速度场、剪切速率分布和层间界面形貌.研究表明,气辅共挤成型在口模出口处不存在二次流动,且在挤出方向流速均匀,剪切速率分布均匀且数值比传统共挤小得多,说明气辅共挤能有效消除传统共挤过程中的挤出胀大和界面偏移现象.

关键词: 气辅共挤 , 非等温 , 粘弹流动 , 挤出胀大 , 数值模拟

气辅共挤出界面位置对挤出胀大的影响

邓小珍 , 柳和生 , 黄益宾 , 黄兴元 , 李孟山

高分子材料科学与工程

基于聚合物流变学理论,运用有限元方法,建立了半圆形共挤口模成型的理论模型,并对理论模型进行了数值模拟,研究了口模入口端熔体层间界面位置及熔体入口流率对共挤出胀大和熔体层间界面位置的影响.研究表明,气辅共挤过程中,当两熔体流率相等时,使得两熔体入口面积近似相等的r值(共挤口模入口处界面位置)能将熔体的离模膨胀率降为零值,同时保证熔体层间界面位置稳定;当两熔体流率不等时,熔体离模膨胀率随着自身流率的增大而增大,随着另一熔体流率的增大而减小,界面位置则向流率较低的一侧偏移.

关键词: 气辅共挤 , 离模膨胀 , 非等温 , 界面位置 , 数值模拟

气体压力对气辅共挤成型界面的影响

柳和生 , 邓小珍 , 黄益宾 , 黄兴元 , 赖家美

高分子材料科学与工程

将气体简化为广义牛顿流体,并作为单独一层,针对矩形气辅共挤口模,建立了三维粘弹有限元模型,对理论模型进行了数值计算,研究了气体压力对气辅共挤成型界面形貌的影响及形成稳定气垫层所需最小气体压力与气垫层厚度和熔体流率的关系.研究表明,当稳定气垫层形成后,随着气压力或气垫层厚度的增大,共挤制品挤出胀大率减小,粘性包围程度增大;形成稳定气垫层所需的最小气体压力随气垫层厚度的增大而减小,随着熔体流率的增大而增大.

关键词: 气辅共挤 , 气垫层 , 牛顿流体 , 界面形貌 , 数值模拟

L型异型材气辅共挤胀大及变形的数值模拟和实验验证

柳和生 , 何建涛 , 黄兴元 , 邓小珍 , 万齐访

高分子材料科学与工程

以L型双层共挤异型材为研究对象,采用Phan-Thien and Tanner (PTT)本构方程对该模型进行了三维等温数值模拟,并使用聚丙烯(PP)对该模型进行了实验研究,对比分析了数值模拟结果与实验结果.研究表明,气体以及重力的影响将使气辅共挤异型材制品截面积偏小;数值模拟和实验结果均表明气辅技术能有效减小异型材共挤过程中的挤出胀大和变形,提高共挤异型材制品的质量以及简化异型材共挤口模的设计.

关键词: 异型材 , 气辅共挤出 , 挤出胀大 , 数值模拟

基于气液两相流的聚合物气辅挤出数值模拟

任重 , 黄兴元 , 柳和生 , 邓小珍

高分子材料科学与工程 doi:10.16865/j.cnki.1000-7555.2016.03.019

为了更准确地反映气辅挤出中气体对熔体成型的影响机理,建立了气液两相流模型,对不同气压作用下的熔体挤出成型进行了有限元数值模拟,得到了气辅作用下熔体的流速、压力降和第一法向应力差等分布.与完全滑移边界条件的模拟结果对比发现,基于气液两相流的气辅挤出,熔体的流速、压力降和第一法向应力差等物理场均存在较大变化.实验也验证了熔体挤出成型受气压的影响较大.对模拟和实验结果分析表明,气体的辅助作用对熔体产生的第一法向应力差,是造成熔体流速、压力降和成型产生变化的主要原因.而这些是以完全滑移边界条件气辅模拟方法无法体现出来的.因此,气辅挤出模拟需要考虑气体层对熔体成型的影响,并且在实际气辅挤出加工中,需要合理地设置气压等工艺参数.

关键词: 气辅挤出 , 聚合物 , 两相流 , 气体压力 , 数值模拟