UHMWPE單螺桿擠出和螺筒感應(yīng)加熱有限元模擬.pdf

1、超高分子量聚乙烯(UHMWPE)是一種綜合性能優(yōu)異的工程塑料，具有很好的耐腐蝕、耐磨、耐低溫、耐沖擊性，且不易與其他物體粘結(jié)，因此被應(yīng)用于眾多領(lǐng)域。UHMWPE均分子量為150萬(wàn)以上，分子量極高，熔融黏度高，臨界剪切速率很低，在實(shí)際的螺桿擠出過(guò)程中容易發(fā)生壁面滑移，影響擠出產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量。因此壁面滑移條件下，研究UHMWPE單螺桿擠出過(guò)程，對(duì)實(shí)際生產(chǎn)有重要的意義。
　　電磁感應(yīng)加熱方法和傳統(tǒng)的電加熱方法相比，具有節(jié)能、溫升快和加

2、熱均勻等優(yōu)點(diǎn)，有很好的應(yīng)用前景。螺筒是塑料擠出機(jī)的關(guān)鍵裝置，決定了塑料的塑化質(zhì)量和生產(chǎn)效率，研究螺筒感應(yīng)加熱過(guò)程，對(duì)塑料擠出機(jī)的研制具有重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。
　　本文首先基于聚合物流變學(xué)理論，在壁面滑移條件下，利用Polyflow軟件，建立了螺桿和熔體的幾何模型，進(jìn)行網(wǎng)格劃分;然后通過(guò)建立數(shù)學(xué)模型、施加邊界條件、選擇計(jì)算方法，模擬了UHMWPE單螺桿擠出過(guò)程，獲得了不同滑移系數(shù)下沿著螺槽的速度、垂直于螺槽的速度和螺槽間壓力的分布

3、。研究表明，對(duì)于UHMWPE單螺桿擠出過(guò)程，隨著滑移系數(shù)的增大，熔體沿著螺槽方向的速度和垂直于螺槽方向的速度增大，螺桿的擠出產(chǎn)量和混合質(zhì)量提高;同時(shí)熔體在螺槽間的壓力增大，且壓力降增大不利于擠出過(guò)程的穩(wěn)定性。
　　進(jìn)一步基于傳熱學(xué)原理，在非等溫條件下，建立了UHMWPE單螺桿擠出有限元模型，利用參數(shù)漸進(jìn)計(jì)算方法，模擬獲得了熔體的溫度、剪切生熱、剪切速率、黏度和壓力的分布，同時(shí)與等溫條件下的模擬結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比分析。研究表明，非等溫條

4、件下，熔體在螺筒和螺棱間隙處剪切速率最大，剪切生熱最大，黏度最小，熔體溫度最高值出現(xiàn)在螺棱附近。非等溫條件和等溫條件下相比，黏度減小;螺棱間壓力的最大值減小，但差值較小;螺桿所受的力和扭矩減小。
　　然后基于電磁感應(yīng)加熱原理，利用Ansys軟件，定義材料特性和分析單元，建立了螺筒感應(yīng)加熱二維有限元模型，運(yùn)用電磁場(chǎng)和溫度場(chǎng)耦合技術(shù)，模擬了螺筒的感應(yīng)加熱過(guò)程，獲得了螺筒溫度隨時(shí)間的變化。研究表明，相等加熱時(shí)間內(nèi)，隨著加熱頻率的增加，螺