气体压力对气辅共挤成型界面的影响-论文.pdf

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1、第3O卷第3期高分子材料科学与工程Vo1．30．No．32014年3月POLYMERMATERIALSSCIENCEANDENGINEERINGM8r．20l4气体压力对气辅共挤成型界面的影响柳和生，邓小珍，黄益宾2，黄兴元，赖家美(1．南昌大学聚合物加工研究室，江西南昌330031；2．上饶师范学院物理与电子信息学院。江西上饶334001)摘要：将气体简化为广义牛顿流体，并作为单独一层，针对矩形气辅共挤口模，建立了三维粘弹有限元模型，对理论模型进行了数值计算，研究了气体压力对气辅共挤成型界面形貌的影响及形成稳定气垫层所需最小气体

2、压力与气垫层厚度和熔体流率的关系。研究表明，当稳定气垫层形成后，随着气压力或气垫层厚度的增大，共挤制品挤出胀大率减小，粘性包围程度增大；形成稳定气垫层所需的最小气体压力随气垫层厚度的增大而减小，随着熔体流率的增大而增大。关键词：气辅共挤；气垫层；牛顿流体；界面形貌；数值模拟中图分类号：TQ320．66文献标识码：A文章编号：1000—7555(2014)03．0119—05Brzoskowski等⋯1于1987年将气体作为辅助工艺1有限元分析方法用于橡胶成型过程中。Liang等l2J于2000年首次将1．1几何模型气体作为辅助工艺

3、用于聚合物挤出成型过程中，结果Fig．1为共挤出流道的几何模型及结构尺寸。其表明，该技术能有效减小粘弹熔体的挤出胀大率，提高中t为气垫层厚度，本文中分别取0．1mm、0．2mm、挤出产品质量。气辅共挤成型技术是结合气辅技术和0．3mm、0．4mm，共挤出流道分为人口平流区、收敛共挤成型技术形成的一种新型聚合物成型技术，目前流动区、气辅共挤区，收敛角为20。，由于流道的对称已引起众多学者的关注。黄益宾等l_3J研究了聚合物性，为节省计算资源，模拟仅计算1／2流道区域。气辅共挤过程中熔体层间界面位置及粘性包围现象。Arda等MJ研究了

4、气辅对塑料挤出制品表面质量的影响，其研究表明气体辅助不能消除挤出制品表面的鲨鱼皮现象，原因是不能消除挤出过程中的应力集中现象。Liu等J研究了壁面滑移系数对聚合物共挤成型粘性包围程度的影响，研究表明黏性包围程度随着壁面滑移系数的增大而增大。周文彦等l6J的研究结果(unit：min】表明气辅共挤成型能有效减小或消除芯壳层熔体的二次流动，从而可消除共挤制品的整体离模膨胀。张敏Fig．1ShapeandDimensionsofAnalysisRegion等-7J的研究结果表明气辅共挤成型技术能大大降低1．2控制方程制品的离模膨胀及翘曲

5、变形。上述关于气辅技术的研根据气辅共挤成型过程中，气体和聚合物熔体在究都是基于将气体层简化为完全滑移壁面进行研究共挤口模内的流动特点，本研究作如下假设：的，本文将在前人研究的基础上，根据气体在口模内的(1)口模内气体为牛顿流体，黏度为常数，流动为流动特点，将其简化为牛顿流体，作为单独的一层进行等温稳态层流；数值研究，旨在研究气辅共挤成型中，气体压力及气垫(2)2种聚合物熔体均不可压缩，且不相容，流动层厚对共挤制品层间界面形貌的影响。为等温粘弹稳态层流；(3)忽略重力和惯性力对流动的影响。收稿日期：2013．04．22基金项目：国家

6、自然科学基金资助项目(51163011)；赣都英才555工程领军人物培养计划；江西省青年科学基金(20122BAB216012)通讯联系人：柳和生，主要从事高分子材料成型加工的研究，E-mail：hsliu@vip．163．com120高分子材料科学与工程基于以上假设，气辅共挤成型的流场控制方程如力学条件，nk-=，n：，fs：(k1，k2：I，II，III)。下：不考虑界面上流体间的相对滑移，且流体流动没有穿连续方程：·k=0，k=工，Ⅱ，III(1)透界面，即满足运动学条件Osk-=u、u·=0，其中式中：Ok——速度矢量；k

7、=I，Ⅱ，Ⅲ分别代表2种聚为法向单位向量。合物熔体和气体。1．4材料物性参数及工艺条件动量方程：·k=0，k=I，Ⅱ，Ⅲ(2)口模内气体为200℃的空气，黏度为常数26．38X式中：O"k——应力张量，k=一Pk+k；声——流体的1OPa·S。聚合物熔体I(FluidI)和聚合物熔体II静压力；——单位张量；rk——偏应力张量。(Fluidii)分别为上海石化生产的聚丙稀(牌号T300)2种聚合物熔体采用目前应用较多且较为理想的和印度尼西亚生产的聚丙烯(牌号RB2．0HC)，熔体温Phan—ThienTanner(PTT)微分粘弹

8、本构模型[引，其表度设为200℃，相关物性参数J如Tab．1所示。达式为：Tab．1MaterialParametersofTwoPolymersexp[tr(Z"1)]r一+E(a一号)十号]=2(1一)(3)式中：￡——与熔体拉伸特性有关的材料