塑料微管氣輔擠出成型理論及實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、本文中作者將氣體輔助技術(shù)應(yīng)用于塑料微管擠出，通過對塑料微管擠出口模的優(yōu)化設(shè)計(jì)和工藝條件合理地控制，在環(huán)形熔體與口模內(nèi)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(yīng)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(yàn)證氣輔技術(shù)應(yīng)用于塑料微管擠出的可行性及探明相關(guān)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(shí)驗(yàn)等方法，對塑料微管氣輔擠出成

2、型進(jìn)行了研究，具體包括：
　　1.對塑料微管氣輔擠出進(jìn)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(jié)果表明：
　　1）采用內(nèi)外雙層氣輔技術(shù)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(dāng)增加氣輔長度可以減小塑料微管擠出脹大效應(yīng)。<

3、br>　　2.探究了尺寸效應(yīng)（擠出脹大和黏度-尺寸效應(yīng)、表面張力效應(yīng)、熔體可壓縮效應(yīng)、滑移效應(yīng)和粘性耗散效應(yīng)）對塑料微管氣輔擠出成型的影響及規(guī)律。
　　研究結(jié)果表明：
　　1）與無氣輔擠出相比，氣輔技術(shù)在一定程度上減小了尺寸效應(yīng)對塑料微管擠出帶來的影響；
　　2）對于滑移效應(yīng)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(yīng)聯(lián)合作用時(shí)，氣輔擠出的塑料微

4、管內(nèi)外徑產(chǎn)生了向內(nèi)收縮、壁厚增大現(xiàn)象。
　　3.構(gòu)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(jié)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(yīng)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(guān)重要；
　　3）采用與熔體流動方向成小角度的氣輔進(jìn)氣方式，減小了內(nèi)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(jié)果的準(zhǔn)確性。
　　4.優(yōu)化設(shè)計(jì)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(shí)驗(yàn)結(jié)合有限元數(shù)值模擬方法，確定了口模的4個(gè)關(guān)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(shè)計(jì)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(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，實(shí)驗(yàn)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(zhì)量的影響；同時(shí)，實(shí)驗(yàn)對比了四種不同氣輔模式對塑料微管擠出成型的影響。
　　實(shí)驗(yàn)研究表明：
　　1）當(dāng)其他條件不變時(shí)，隨著螺桿轉(zhuǎn)速增加，氣輔擠出的塑料微管內(nèi)外徑和壁厚逐漸增大；隨著牽引速度增加

7、，微管內(nèi)外直徑和壁厚均成線性減??；隨著外氣輔壓力增大，氣輔微管表面由光滑平整逐漸變得出現(xiàn)波紋；隨著內(nèi)氣輔壓力增大，微管內(nèi)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(shí)驗(yàn)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(zhuǎn)速5.55r/min、牽引速度27mm/s、內(nèi)氣輔流量0.055m3/h、外氣輔流量0.8m3/h、內(nèi)氣輔壓力65kPa、外氣輔壓力150kPa