塑料微管氣輔擠出成型理論及實驗研究.pdf

1、本文中作者將氣體輔助技術應用于塑料微管擠出，通過對塑料微管擠出口模的優(yōu)化設計和工藝條件合理地控制，在環(huán)形熔體與口模內壁面和芯棒外壁面之間分別形成穩(wěn)定的氣體層，起到熔體完全滑移擠出的效果，極大地減小了熔體在口模壁面上和出口處的應力集中，從而消除了傳統(tǒng)塑料微管擠出產(chǎn)生的擠出脹大、熔體破裂和扭曲變形等問題。為了驗證氣輔技術應用于塑料微管擠出的可行性及探明相關因素對塑料微管氣輔擠出成型的影響和規(guī)律。采用理論分析和實驗等方法，對塑料微管氣輔擠出成

2、型進行了研究，具體包括：
　　1.對塑料微管氣輔擠出進行了數(shù)值模擬，研究了物性參數(shù)、工藝參數(shù)和氣輔長度等的影響規(guī)律；另外，研究了四種不同氣輔模式的影響。
　　研究結果表明：
　　1）采用內外雙層氣輔技術可以很好地解決傳統(tǒng)塑料微管擠出存在的擠出脹大、熔體破裂和扭曲變形問題；
　　2）與傳統(tǒng)無氣輔相比，氣輔擠出塑料微管在物性參數(shù)和工藝參數(shù)影響上存在差異；
　　3）適當增加氣輔長度可以減小塑料微管擠出脹大效應。<

3、br>　　2.探究了尺寸效應（擠出脹大和黏度-尺寸效應、表面張力效應、熔體可壓縮效應、滑移效應和粘性耗散效應）對塑料微管氣輔擠出成型的影響及規(guī)律。
　　研究結果表明：
　　1）與無氣輔擠出相比，氣輔技術在一定程度上減小了尺寸效應對塑料微管擠出帶來的影響；
　　2）對于滑移效應而言，氣體與壁面之間的滑移對塑料微管氣輔擠出成型的影響很小，而氣體與熔體之間的滑移影響較明顯；
　　3）尺寸效應聯(lián)合作用時，氣輔擠出的塑料微

4、管內外徑產(chǎn)生了向內收縮、壁厚增大現(xiàn)象。
　　3.構建了“氣-液-氣”的塑料微管氣輔擠出模型，利用有限元數(shù)值方法，探究了氣體和熔體工藝參數(shù)對塑料微管氣輔擠出成型的影響，以及氣體與熔體相互之間的影響。
　　研究結果表明：
　　1）“氣-液-氣”多相分層流模型可以很好地反映出氣體/熔體工藝之間的相互影響作用；
　　2）隨著氣體層長度和厚度增大，氣輔層對熔體產(chǎn)生的應力越大，反映出對微管熔體流動干擾影響越大，故選擇合適的氣

5、輔長度和厚度對塑料微管氣輔擠出穩(wěn)定性至關重要；
　　3）采用與熔體流動方向成小角度的氣輔進氣方式，減小了內外氣墊膜層在氣體入口處對熔體流動的影響；
　　4）塑料微管氣輔擠出成型數(shù)值模擬中考慮氣體可壓縮性可以提高結果的準確性。
　　4.優(yōu)化設計和加工了塑料微管氣輔擠出口模。其中，確定了氣輔擠出口模出口的形狀和尺寸；采用正交實驗結合有限元數(shù)值模擬方法，確定了口模的4個關鍵幾何參數(shù)（分流角、壓縮角、壓縮比和無氣輔段長度）最優(yōu)

6、組合。最后，基于優(yōu)化設計的口模，通過數(shù)值模擬方法研究了工藝參數(shù)對塑料微管氣輔擠出成型的影響規(guī)律，并得到了最優(yōu)工藝參數(shù)。
　　5.搭建了塑料微管氣輔擠出實驗系統(tǒng)，實驗研究了氣體和熔體工藝參數(shù)等，對聚丙烯塑料微管氣輔擠出成型尺寸和表面質量的影響；同時，實驗對比了四種不同氣輔模式對塑料微管擠出成型的影響。
　　實驗研究表明：
　　1）當其他條件不變時，隨著螺桿轉速增加，氣輔擠出的塑料微管內外徑和壁厚逐漸增大；隨著牽引速度增加

7、，微管內外直徑和壁厚均成線性減?。浑S著外氣輔壓力增大，氣輔微管表面由光滑平整逐漸變得出現(xiàn)波紋；隨著內氣輔壓力增大，微管內外徑增大而壁厚變??；熔體和氣體溫度對塑料微管表面光滑度、透明度和氣輔穩(wěn)定性有顯著影響；
　　2）通過正交實驗方法得到了最優(yōu)的工藝參數(shù)組合為：熔體和氣體溫度230℃、螺桿轉速5.55r/min、牽引速度27mm/s、內氣輔流量0.055m3/h、外氣輔流量0.8m3/h、內氣輔壓力65kPa、外氣輔壓力150kPa