[產(chǎn)品庫(kù)]主題： 輔微管擠出成型模擬-擠塑加工 ... 發(fā)布者： 擠塑加工
03/24/2018
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輔微管擠出成型模擬-擠塑加工
上海栩彤塑膠科技有限公司多年來(lái)一直致力于：led擠出產(chǎn)品，擠出模具，管材，異型材，擠塑加工，pvc塑料擠出等設(shè)計(jì)、加工服務(wù)，價(jià)格實(shí)惠，質(zhì)量有保證！氣輔微管擠出成型模擬：
1 數(shù)值研究——擠塑加工廠家來(lái)為大家娓娓道來(lái)：
1. 1 幾何模型和有限元模型
由于本文研究的微管結(jié)構(gòu)軸對(duì)稱，故取其1 /4 部分進(jìn)行研究。其幾何模型1a 所示，其中，A-A為口模入口，B-B 為氣體入口，C-C 為口模出口，AB為無(wú)氣輔段，BC 為有氣輔段，CD 為自由表面，AB= 2 mm，BC = 2 mm，CD = 3 mm。在傳統(tǒng)微管擠出中，AC 段為擠出口模段。用Gambit 建模并劃分成六面體網(wǎng)格，在口模出口和氣體入口附近適當(dāng)加密網(wǎng)格，b 為氣輔微管擠出的網(wǎng)格劃分圖，網(wǎng)格總數(shù)3200個(gè)。
1. 2 數(shù)學(xué)模型
基本假設(shè): 聚合物熔體不可壓縮，流動(dòng)過(guò)程等溫，流體為冪律非牛頓流體，由于聚合物的高黏性，忽略慣性力和質(zhì)量力對(duì)流動(dòng)的影響。異型材廠家指出，控制方程如下:式中，v － 速度矢量，m/s; τ － 應(yīng)力張量，Pa; p － 壓力，Pa。 由于剪切速率變化范圍較大，根據(jù)微流道流動(dòng)特性，本文采用Bird-Carreau 黏度模型:式中，η∞ － 無(wú)窮剪切黏度，Pa·s; η0 － 零剪切黏度，Pa·s; λ － 松馳時(shí)間，s; n － 非牛頓指數(shù); r －剪切速率，s － 1。
選用聚丙烯( PP) 為模擬材料，根據(jù)文獻(xiàn)［13］，其物性參數(shù)如下: η∞ = 0 Pa·s，η0 = 99. 575Pa·s，λ= 0. 0032s，n = 0. 3292。
1. 3 邊界條件
根據(jù)微管成型流動(dòng)特點(diǎn)，本研究模擬所用邊界條件如下:
1) 入口面: 體積流量為20 mm3 /s，假定入口處熔體流動(dòng)為充分發(fā)展流。
2) 壁面: 宏觀尺寸的擠出時(shí)通常設(shè)為壁面無(wú)滑移，但在微尺度下壁面滑移對(duì)熔體的影響增強(qiáng)，采用Navier 滑移模型［14］，即:
式中，∫s － 熔體切向應(yīng)力; Fslip － 滑移系數(shù); 傳統(tǒng)微管擠出中Fslip = 460 900; 氣輔微管擠出中無(wú)氣輔段Fslip= 460 900［13］，有氣輔段Fslip = 0; е － 材料參數(shù)，取0. 579 5［13］; vwall － 壁面切向速度，取零值; vs － 熔體切向速度。
3)自由表面: 滿足動(dòng)力學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)邊界條件:
式中，∫n － 熔體法向應(yīng)力; vn － 熔體法向速度。
4) 對(duì)稱面: ∫s = 0，v n = 0
5) 自由表面末端: 無(wú)外力牽引的情況下，此面上熔體的法向力∫n = 0，切向速度vs = 0。
2 數(shù)值模擬結(jié)果分析
2. 1 擠出脹大分析
擠出脹大現(xiàn)象可用擠出物自由表面末端脹大面積和口模截面面積之比來(lái)表示，（pvc塑料擠出）即擠出脹大率B:式中，S1 － 口模截面面積; S2 － 擠出物制品截面面積。
口模截面面積為0. 251 mm2，傳統(tǒng)微管擠出自由端面面積為0. 262 mm2，根據(jù)式( 6) 計(jì)算可得脹大率為4. 4%，而氣輔微管擠出時(shí)，擠出脹大率約為零。由此可以得出，氣輔微管擠出能基本消除微管的擠出脹大。2. 2 速度場(chǎng)分析
分別為傳統(tǒng)微管擠出和氣輔微管擠出口模出口面的X 向和Y 向速度分布云圖，其中圖2a為傳統(tǒng)微管擠出，2b 為氣輔微管擠出。由圖2 可知，傳統(tǒng)微管擠出時(shí)，管壁中心外側(cè)聚合物熔體沿X方向地速度為正值，而內(nèi)側(cè)則為負(fù)值; 由圖3 可知，傳統(tǒng)微管擠出時(shí)，管壁中心外側(cè)聚合物熔體沿Y 方向的速度為正值，而內(nèi)側(cè)則為負(fù)值。而對(duì)氣輔微管擠出而言，聚合物熔體沿X、Y 方向的速度基本為零，即很好地解釋了氣輔微管擠出能減小擠出脹大。
為傳統(tǒng)微管擠出和氣輔微管擠出口模出口面的Z 向速度分布云圖。從圖中可知，傳統(tǒng)微管擠出中Z 向速度呈階梯分布，而氣輔微管擠出中Z 向速度基本均勻呈柱塞狀擠出。
2. 3 壓力場(chǎng)分析
為傳統(tǒng)微管擠出和氣輔微管擠出的熔體壓力場(chǎng)，其中圖5a 為傳統(tǒng)微管擠出，圖5b 為氣輔微管擠出，通過(guò)兩圖對(duì)比可知，氣輔微管擠出的至大壓力比傳統(tǒng)微管擠出降低了約51. 1%，這是由于傳統(tǒng)微管擠出過(guò)程中熔體與口模壁面直接接觸，存在較大的摩擦阻力，而氣輔微管擠出時(shí)，由于氣體的引入使熔體不與口模壁面接觸，在擠出過(guò)程中基本不存在壁面對(duì)其的摩擦阻力，故氣輔微管擠出能大大減少口模壓力降。圖6 為根據(jù)圖5 的坐標(biāo)系所畫(huà)的熔體在( 0、0.8、0) 到( 0、0. 8、7) 兩點(diǎn)連線的壓力曲線圖，由圖可知，傳統(tǒng)微管擠出的熔體壓力從口模入口到出口處呈線性下降趨勢(shì)，在口模出口處達(dá)到零，而氣輔微管擠出在氣體入口處熔體壓力已降為零。
2.4 剪切速率場(chǎng)分析
為傳統(tǒng)微管擠出和氣輔微管擠出口模出口面的剪切速率分布云圖，其中為傳統(tǒng)微管擠出，為氣輔微管擠出。由圖可知，傳統(tǒng)微管擠出時(shí)，口模壁面處剪切速率至大，而氣輔微管擠出的剪切速率基本為零，且分布均勻。在聚合物擠出過(guò)程中，由于正應(yīng)力效應(yīng)，擠出脹大隨著剪切速率的增加而增大，當(dāng)剪切速率超過(guò)某一臨界值時(shí)，擠出物表面會(huì)開(kāi)始變粗糙，出現(xiàn)“鯊魚(yú)皮”，更大時(shí)會(huì)熔體破裂，氣輔微管擠出能大大降低剪切速率，因而熔體在離開(kāi)口模后，不會(huì)產(chǎn)生因剪切速率引起的擠出脹大，也不容易產(chǎn)生“鯊魚(yú)皮”和熔體破裂等質(zhì)量缺陷。
3結(jié)論
1) 氣輔微管擠出能基本消除擠出脹大，并使熔體的速度場(chǎng)均勻一致，從而能更精確地控制擠出制品的尺寸和形狀。
2) 氣輔微管擠出中，熔體壓力比傳統(tǒng)微管擠出減少約51. 1%，并在氣體入口處降為零，在整個(gè)氣輔段幾乎沒(méi)有壓力降，也即氣輔段無(wú)黏性能量損耗，因此能大大減小能耗，提高擠出產(chǎn)量。
3) 在口模出口處，氣輔微管擠出的剪切速率基本為零，分布均勻，因此不易產(chǎn)生“鯊魚(yú)皮”和熔體破裂等質(zhì)量缺陷，對(duì)某些具有低臨界剪切速率的高聚物熔體微管擠出有重要意義。
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最后更新: 2018-03-24 15:22:46
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