層倍增器的數(shù)值模擬及實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、高聚物復(fù)合材料在人們的日常生產(chǎn)生活中，處于一個(gè)非常重要的位置。新型的多功能高聚物復(fù)合材料的加工工藝及成型裝備，能滿足人們對此類材料產(chǎn)品性能日益增長的需求。單一組分的制品往往不能經(jīng)濟(jì)且方便地滿足制品的使用和加工性能、外觀等方面的特殊要求，正在被塑料制品市場所淘汰。新型的多層多功能高聚物復(fù)合材料加工技術(shù)及裝備等正在蓬勃發(fā)展[2，6]。
　　 塑料行業(yè)中，約40％以上原料通過擠出生產(chǎn)線加工成制品進(jìn)入市場。在多層復(fù)合材料的加工中，擠出處

2、于主導(dǎo)地位。廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域與巨大的市場機(jī)會(huì)，促使各擠出生產(chǎn)線供應(yīng)商不斷研發(fā)創(chuàng)新的技術(shù)。不同結(jié)構(gòu)的材料復(fù)合、不同領(lǐng)域的技術(shù)集成、滿足特定市場需求的專門研發(fā)正在不斷突破我們傳統(tǒng)上對擠出生產(chǎn)線概念的理解，并可能開拓?cái)D出業(yè)全新的應(yīng)用領(lǐng)域[1,2,3,4]。
　　 本課題基于美國EDI公司突破傳統(tǒng)擠出生產(chǎn)概念的“層倍增技術(shù)”[1,5,7],設(shè)計(jì)加工出具有特殊流道的小試擠出模具，用于研究多組分多層復(fù)合材料的加工成型及實(shí)驗(yàn)。
　　 首

3、先，綜述了國內(nèi)外多層共擠技術(shù)及其相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展和現(xiàn)狀，并對其原理結(jié)構(gòu)等進(jìn)行詳細(xì)闡述。對前人研究的成果進(jìn)行了歸納總結(jié)，重點(diǎn)介紹了美國EDI公司的‘Layer multiplier’技術(shù)[1，5，7]及其原理。
　　 其次，由于模具復(fù)雜的流道結(jié)構(gòu)，熔融的塑料流體在其間必定是一種復(fù)雜的流動(dòng)行為，并且，塑料熔體具有特殊的粘性，必須利用流體動(dòng)力學(xué)原理進(jìn)行分析計(jì)算[8]，我們選用Polylow軟件完成了流場的數(shù)值模擬及后續(xù)分析工作。我們得到

4、此模型的理論層厚比為0.997∶1:0.999∶1.006，實(shí)驗(yàn)得到的實(shí)際層厚比為0.972:1:0.993∶1.010，因此，我們得出此模型具有較高的模擬精度，且適應(yīng)性較強(qiáng)。
　　 再次，設(shè)計(jì)了層倍增器、層疊器模具，根據(jù)設(shè)計(jì)出的模具結(jié)構(gòu)進(jìn)行加工制造。加工制造的難點(diǎn)在于層倍增器流道的加工，要求較高的加工精度，選用慢走絲線切割機(jī)床進(jìn)行加工。由于流道由大錐度異形孔構(gòu)成，設(shè)計(jì)了專用工裝，利用“兩步二次切割法”，并優(yōu)化了加工工藝參數(shù)后，

5、完成了流道的加工。
　　 最后，根據(jù)模擬得到的理論結(jié)果(速度場，壓力場等)，結(jié)合實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有設(shè)備及實(shí)際情況，做了一系列相關(guān)實(shí)驗(yàn)。指出影響多層復(fù)合材料擠出制品質(zhì)量的加工工藝因素，得到制品層厚比較為均勻的加工工藝。分別加工出具有發(fā)泡層與不具有發(fā)泡層的多層片材，進(jìn)行力學(xué)性能測試后，得到了密度較小，彈性模量和比強(qiáng)度基本不下降的情況下，延展性提高了近31倍的復(fù)合材料。在分散實(shí)驗(yàn)中，兩層均為PPR/Nano-CaCO3(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8％)的復(fù)合