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《南昌大学》 2008年
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微孔塑料挤出成型的数值模拟

蔡金平  
【摘要】: 微孔塑料(Microcellular plastics,简称MCP)是指泡孔直径小于10μm,泡孔密度大于10~9个/cm~3的新型泡沫塑料。MCP其独特的泡孔结构优异的性能得到了社会的广泛关注。本文结合聚合物流变学、流体动力学和热力学理论,经合理假设,建立了聚合物熔体在快速降压口模中二维流动的有限元模型,利用CFD软件POLYFLOW实现了有限元方程的求解,通过FIELDVIEW后处理软件对模拟数据进行后处理得到可视化图形。 本文采用PS/CO_2熔体作为研究对象,研究了工艺条件对PS/CO_2熔体成型结果的影响。通过对熔体收敛口模内熔体流动的数值模拟计算,得到了快速减压口模中的压力场,速度场,剪切速率和应力场的分布。研究表明: 1.PS/CO_2熔体的黏度随着CO_2的浓度的增加而下降,并且高浓度区比低浓度区对熔体黏度的影响小。在CO_2溶解范围内,增加CO_2浓度和流量都可以增加泡孔的成核数量,但是会增加泡孔的尺寸。降低口模温度可以生成高密度小尺寸的泡孔,压力降率越大越有利于形成数量尽可能多、尺寸尽可能小的泡孔。 2.PS/CO_2熔体随着收敛角度的增加,受到的拉伸剪切应力越大,这样就有利于形成尺寸小的泡孔。随着口模成型段直径的减小,口模中的压力降和压力降率都有很大的升高,有利于形成高密度小尺寸的泡孔。 自行设计超临界流体注入系统;对挤出机机筒和注气口进行改进,通过数值模拟优化设计了新型挤出专用螺杆;结合口模的数值模拟结果设计成型口模,初步设计搭建了微孔塑料挤出成型装置。
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