论文摘要
发泡体系的挤出胀大是聚合物挤出成型中常见的现象，直接影响挤出制品的质量。随着发泡制品的广泛应用，研究发泡体系的挤出胀大对于提高挤出制品的质量具有较大的工业实用价值。影响挤出胀大的因素可分为两大类：一类属于原材料规格、品种、性能以及用量对挤出胀大的影响；另一类属于加工工艺参数对挤出胀大的影响。本文针对影响聚苯乙烯（PS）／超临界CO2（SCCO2）发泡体系的胀大比和发泡最终质量的工艺参数，着重从以下两个方面进行了研究：①针对PS／SCCO2发泡体系的挤出胀大效应——胀大比进行理论分析与数值模拟；②针对发泡体系胀大比与影响样品质量的气泡尺寸的关系进行了理论分析和实验研究。首先，在对发泡体系的胀大行为研究方面，本文综合了前人提出的粘弹性流体挤出胀大的数学模型和发泡体系的气泡膨胀的理论模型，以及前人对毛细管数运用的基础上，提出了PS／SCCO2发泡体系胀大比的预测模型，在这个模型中考虑了压力和温度对对体系胀大比的影响，也考虑了物理发泡剂CO2对体系胀大效应的影响。影响微孔塑料制品质量的因素很多，其中进气条件和进气效果是重要因素。研究表明，不同进气状态条件下气体进入挤出聚合物熔体的气泡形态有很大的不同，这对制品质量有较大的影响。在微孔塑料挤出工艺中，以无污染的超临界CO2替代常规有害的化学发泡剂制取性能优越的微孔发泡塑料，引起人们的广泛关注。本论文首先通过取得不同CO2含量条件下的实验数据回归得到PS／SCCO2发泡体系的粘度预测模型；然后回归了胀大比与毛细管数的关系式，最后通过函数代换得到发泡体系胀大比预测模型。运用本论文建立的胀大比预测模型能较好地预测发泡体系挤出样条的胀大比。其次，本文运用了正交试验方法和数据统计方法。对实际问题多方面的影响因素，本文采用三因素、三水平、九次试验的正交试验法，可以在省时、省料、准确的情况下收集所需要的数据。同时配合多种试验数据统计软件SPSS、Excel等，分析回归得到了PS／SCCO2发泡体系剪切速率与剪切应力的关系表达式，以及胀大比与毛细管数的关系表达式。在试验方面，本文采用数码拍照的方法跟踪记录了PS／SCCO2发泡体系从狭缝口模挤出的全过程。具体做法是将坐标纸和电子秒表固定在毛细管出口附近，用数码相机将时间与挤出样条的运动情况同时拍摄在一个画面上。通过数码照片上的信息便可得到挤出过程中的参数，如平均速度、流量、粘度、膨胀率等。在对气泡尺寸的研究方面，本文分析正交试验的挤出样条的数码照片。利用毛细管数与气泡尺寸的表达式，把胀大比预测模型变换为气泡平均直径的预测模型，达到从宏观的胀大比预测微观的发泡体系气泡的尺寸的目的。本文通过对PS／SCCO2发泡体系的挤出胀大比的理论模型建立和实验研究，发现预测模型的计算结果与实验结果吻合，从而验证了预测模型的可行性，为制定成型工艺条件、提高挤出制品的质量提供了可靠的理论依据和推广应用价值。