工艺参数对聚合物气辅共挤成型的影响

肖兵，等：工艺参数对聚合物气辅共挤成型的影响４７

工艺参数对聚合物气辅共挤成型的影响

肖兵尹智龙

（江西南昌工程学院机械与动力工程学院，南昌３３００９９）（江西蓝天学院机械工程系，南昌３３００２９）

摘要利用流体力学有限元分析软件对二维气辅共挤出过程进行数值模拟。研究各工艺参数对聚合物气辅共挤成型的影响。结果表明，速度场的峰值和压力峰值会随着流量的增加而增加；气辅共挤时熔体流动稳定，呈柱塞状挤出；气辅共挤可以有效提高挤出速率，防止制品表面的“鲨鱼皮”现象。

关键词聚合物气辅共挤成型ＣＦＤ数值模拟

英国的Ｒ．Ｆ．Ｌｉａｎｇ等…于２０００年首次提出气

辅挤出成型技术的概念并进行了相关研究。在口模

挤出过程中，聚合物熔体和口模之间形成气垫膜层，

从而将现有的非滑移黏着剪切口模挤出方式转化为

气垫完全滑移非黏着剪切口模挤出方式，该技术是

一种有效的减黏、降阻的手段旧ｊ。笔者通过计算流图２口模的网格划分

表ｌＰＥ．ＬＤ、Ｐｓ的性能参数［３‘４】

体力学有限元分析软件对二维气辅共挤出过程进行材料粘度／Ｐａ?ｓ非牛顿指数松弛时间／ｓ数值模拟，研究各工艺参数对聚合物气辅共挤出的密度／ｋｇ?ｍ。３

ＰＥ．ＬＤ１００００Ｏ．１１０Ｏ．１９６０

影响，并与传统的共挤出工艺进行对比。ＰＳ４４７０００．２９４２．０６９７０、１数值模拟１．３边界条件

数值模拟采用无限宽共挤出流道的二维几何模（１）口模入口处

型，如图１所示。口模尺寸为：ＡＢ＝ＡＵ＝ＢＴ＝ＵＴ＝ＵＡ、ＭＮ分别为两种熔体的入口，设定上、下两ＣＳ＝ＤＰ＝ＥＱ＝ＦＧ＝２ｃｍ；ＣＤ＝４ｅｍ；ＤＥ＝３．５ｃｍ；种聚合物的入口流量分别为Ｑｌ＝ｌｃｍ３／ｓ、Ｑ２＝１ＥＦ＝７ｃｍ；ＢＣ＝５．２ｃｍ；收敛角（／＿ＴＳＲ）＝６００；共ｃｍ３／ｓ（流量比为１：１）；ｑｌ＝１ｃｍ３／ｓ、Ｑ２＝３ｃｍ３／ｓ挤出上下部分沿着直线ＳＧ对称。（流量比为１：３）；Ｑｌ＝３ｔｉｎ３／ｓ、Ｑ３＝ｌｃｍ３／ｓ（流量

ＡＢ比为３：１）三种情况ｊ并假设入口处的流动充分发

Ｆ展。分别对传动共挤和气辅共挤进行比较。

Ｇ

Ｈ（２）无气辅段口模内壁处

在无气辅段（ＣＤ、ＫＪ），熔体和口模内壁之间没

ＭＬ

图１口模几何模型有相对滑移，即口。＝”。＝０，其中移。、秽。分别为口模壁

１．１有限元网格划分面处熔体的法向速度和切向速度。

口模几何造型和网格划分采用流体分析建模软（３）有气辅段口模内壁处

件ＧＡＭＢＩＴ来完成，此类口模流动属于二维流动，选在有气辅段（ＤＥ、ＪＩ）壁面形成了气垫层，以壁取八节点四边形单元，坐标原点取在Ｐ点（见图１），面处剪切应力为０来代替气垫层的作用。边界条件纵坐标为Ｙ轴，横坐标为ｘ轴。在流体梯度变化较为：下。＝０，∞。＝Ｏ，其中丁。。为滑移壁面处的剪切应力。大的地方，如两种熔体的入口处（ＡＵ、ＭＮ）、气体人（４）自由表面处

口处（ＤＰ、ＰＪ）、口模出口处（ＥＱ、ＱＩ），应当将网格划自由表面处需满足速度和应力边界条件，当不分的比较细密，初始网格的划分如图２所示。考虑表面张力时，％＝Ｏ，ｒ。。＝Ｏ，其中ｒ。。为熔体的法１．２材料特性向应力。

以低密度聚乙烯（ＰＥ—ＬＤ）、聚苯乙烯（ＰＳ）为对（５）熔体出口处

象对二维气辅共挤出成型过程进行模拟，ＰＥ—ＬＤ从ＦＧ、ＧＨ分别为两熔体的出口，边界条件为：＂。＝

入口１进入，ＰＳ从入口２进入。材料参数见表ｌ。收稿日期：２０１０—１１－１８

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