[產品庫]主題： 輔微管擠出成型模擬-擠塑加工 ... 發佈者： 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一直緻力於：led擠出産品，擠出模具，管材，異型材，擠塑加工，pvc塑料擠出等設計、加工服務，價格實惠，質量有保證！氣輔微管擠出成型模擬：
1 數值研究——擠塑加工廠傢來爲大傢娓娓道來：
1. 1 幾何模型和有限元模型
由於本文研究的微管結構軸對稱，故取其1 /4 部分進行研究。其幾何模型1a 所示，其中，A-A爲口模入口，B-B 爲氣體入口，C-C 爲口模出口，AB爲無氣輔段，BC 爲有氣輔段，CD 爲自由錶麵，AB= 2 mm，BC = 2 mm，CD = 3 mm。在傳統微管擠出中，AC 段爲擠出口模段。用Gambit 建模並劃分成六麵體網格，在口模出口和氣體入口附近適當加密網格，b 爲氣輔微管擠出的網格劃分圖，網格總數3200個。
1. 2 數學模型
基本假設: 聚闔物熔體不可壓縮，流動過程等溫，流體爲幂律非牛頓流體，由於聚闔物的髙黏性，忽略慣性力和質量力對流動的影響。異型材廠傢指出，控製方程如下:式中，v － 速度矢量，m/s; τ － 應力張量，Pa; p － 壓力，Pa。 由於剪切速率變化範圍較大，根據微流道流動特性，本文採用Bird-Carreau 黏度模型:式中，η∞ － 無窮剪切黏度，Pa·s; η0 － 零剪切黏度，Pa·s; λ － 鬆馳時間，s; n － 非牛頓指數; r －剪切速率，s － 1。
選用聚丙烯( PP) 爲模擬材料，根據文獻［13］，其物性參數如下: η∞ = 0 Pa·s，η0 = 99. 575Pa·s，λ= 0. 0032s，n = 0. 3292。
1. 3 邊界條件
根據微管成型流動特點，本研究模擬所用邊界條件如下:
1) 入口麵: 體積流量爲20 mm3 /s，假定入口處熔體流動爲充分發展流。
2) 壁麵: 宏觀尺寸的擠出時通常設爲壁麵無滑移，但在微尺度下壁麵滑移對熔體的影響增強，採用Navier 滑移模型［14］，即:
式中，∫s － 熔體切向應力; Fslip － 滑移係數; 傳統微管擠出中Fslip = 460 900; 氣輔微管擠出中無氣輔段Fslip= 460 900［13］，有氣輔段Fslip = 0; е － 材料參數，取0. 579 5［13］; vwall － 壁麵切向速度，取零值; vs － 熔體切向速度。
3)自由錶麵: 滿足動力學和運動學邊界條件:
式中，∫n － 熔體法向應力; vn － 熔體法向速度。
4) 對稱麵: ∫s = 0，v n = 0
5) 自由錶麵末端: 無外力牽引的情況下，此麵上熔體的法向力∫n = 0，切向速度vs = 0。
2 數值模擬結果分析
2. 1 擠出脹大分析
擠出脹大現象可用擠出物自由錶麵末端脹大麵積和口模截麵麵積之比來錶示，（pvc塑料擠出）即擠出脹大率B:式中，S1 － 口模截麵麵積; S2 － 擠出物製品截麵麵積。
口模截麵麵積爲0. 251 mm2，傳統微管擠出自由端麵麵積爲0. 262 mm2，根據式( 6) 計算可得脹大率爲4. 4%，而氣輔微管擠出時，擠出脹大率約爲零。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 速度場分析
分别爲傳統微管擠出和氣輔微管擠出口模出口麵的X 向和Y 向速度分佈雲圖，其中圖2a爲傳統微管擠出，2b 爲氣輔微管擠出。由圖2 可知，傳統微管擠出時，管壁中心外側聚闔物熔體沿X方向地速度爲正值，而内側則爲負值; 由圖3 可知，傳統微管擠出時，管壁中心外側聚闔物熔體沿Y 方向的速度爲正值，而内側則爲負值。而對氣輔微管擠出而言，聚闔物熔體沿X、Y 方向的速度基本爲零，即很好地解釋瞭氣輔微管擠出能減小擠出脹大。
爲傳統微管擠出和氣輔微管擠出口模出口麵的Z 向速度分佈雲圖。從圖中可知，傳統微管擠出中Z 向速度呈階梯分佈，而氣輔微管擠出中Z 向速度基本均勻呈柱塞狀擠出。
2. 3 壓力場分析
爲傳統微管擠出和氣輔微管擠出的熔體壓力場，其中圖5a 爲傳統微管擠出，圖5b 爲氣輔微管擠出，通過兩圖對比可知，氣輔微管擠出的至大壓力比傳統微管擠出降低瞭約51. 1%，這是由於傳統微管擠出過程中熔體與口模壁麵直接接觸，存在較大的摩擦阻力，而氣輔微管擠出時，由於氣體的引入使熔體不與口模壁麵接觸，在擠出過程中基本不存在壁麵對其的摩擦阻力，故氣輔微管擠出能大大減少口模壓力降。圖6 爲根據圖5 的坐標係所畫的熔體在( 0、0.8、0) 到( 0、0. 8、7) 兩點連線的壓力麴線圖，由圖可知，傳統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，在口模出口處達到零，而氣輔微管擠出在氣體入口處熔體壓力已降爲零。
2.4 剪切速率場分析
爲傳統微管擠出和氣輔微管擠出口模出口麵的剪切速率分佈雲圖，其中爲傳統微管擠出，爲氣輔微管擠出。由圖可知，傳統微管擠出時，口模壁麵處剪切速率至大，而氣輔微管擠出的剪切速率基本爲零，且分佈均勻。在聚闔物擠出過程中，由於正應力效應，擠出脹大隨着剪切速率的增加而增大，當剪切速率超過某一臨界值時，擠出物錶麵會開始變粗糙，出現“鯊魚皮”，更大時會熔體破裂，氣輔微管擠出能大大降低剪切速率，因而熔體在離開口模後，不會産生因剪切速率引起的擠出脹大，也不容易産生“鯊魚皮”和熔體破裂等質量缺陷。
3結論
1) 氣輔微管擠出能基本消除擠出脹大，並使熔體的速度場均勻一緻，從而能更精確地控製擠出製品的尺寸和形狀。
2) 氣輔微管擠出中，熔體壓力比傳統微管擠出減少約51. 1%，並在氣體入口處降爲零，在整個氣輔段幾乎沒有壓力降，也即氣輔段無黏性能量損耗，因此能大大減小能耗，提髙擠出産量。
3) 在口模出口處，氣輔微管擠出的剪切速率基本爲零，分佈均勻，因此不易産生“鯊魚皮”和熔體破裂等質量缺陷，對某些具有低臨界剪切速率的髙聚物熔體微管擠出有重要意義。
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最後更新: 2018-03-24 15:22:46
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