微孔塑料挤出成型熔体输送流动的数值模拟

论文摘要

微孔塑料（Microcellular plastics,简称MCP）是指泡孔直径小于10μm,泡孔密度大于109个/cm3的新型泡沫塑料。目前,国内外对微孔发泡挤出成型研究的可见报道还极为少见,因而对该技术的成型机理进行研究显得很有必要。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螺杆中流动的有限元模型,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流场的变化曲线图继而加以分析。本文采用PS/CO2熔体作为研究对象,研究了工艺条件对PS/CO2熔体成型结果的影响。通过对熔体在螺杆内熔体流动的数值模拟计算,得到了螺杆输送段中的压力场,速度场,剪切速率的分布。研究得到:1、在成型设备方面,主要进行了以下几个方面的研究工作:对挤出机螺杆进气段中的熔体输送段进行大量的数值模拟,并初步确定了适合熔体输送段元件的结构及确定适合气体输送所需要的条件,并经过大量数值模拟总结得到了适合微孔发泡螺杆的熔体输送段的几何尺寸。2、工艺研究方面,初步掌握了物料配方、温度、压力、CO2进气量等主要工艺参数对PS/CO2熔体及其共混物发泡性能、泡孔尺寸和泡孔结构的影响,采用单因素试验法研究了微孔发泡挤出成型工艺制品的气泡成核与影响因素之间的关系,得到了主要影响因素对最终气泡成核的影响,分析了其产生的原因。本研究通过对熔体输送段的变化和工艺控制,实现了PS/CO2及其共混物的连续挤出微孔发泡成型过程中的理论分析及不同尺寸螺杆参数的比较分析。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 微孔塑料概述
• 1.2.1 微孔塑料的定义、特点及其性能
• 1.2.2 微孔塑料的制备方法
• 1.3 微孔塑料成型的研究进展和现状
• 1.3.1 微孔塑料成型方法的研究
• 1.3.2 微孔塑料挤出加工技术
• 1.3.3 微孔塑料挤出成型研究进展与现状
• 1.4 课题来源、研究意义及内容
• 1.5 本章小结
• 第2章 微孔塑料挤出成型过程的数学模型
• 2.1 微孔塑料挤出成型的基本原理
• 2.1.1 气体/聚合物均相体系的形成
• 2.1.2 气泡成核
• 2.1.3 气泡长大和定型
• 2进气量的确定'>2.1.4 CO₂进气量的确定
• 2.2 流体动力学基本控制方程
• 2.2.1 质量守恒方程
• 2.2.2 动量守恒方程
• 2.2.3 能量守恒方程
• 2.2.4 组分方程
• 2.3 微孔聚合物熔体流动问题的控制方程
• 2.4 本构模型
• 2在聚合物中的溶解行为'>2.5 CO₂在聚合物中的溶解行为
• 2.6 螺杆剪切功率
• 2.7 本章小结
• 第3章 螺杆挤出流动的数值模拟及结果分析
• 3.1 分析方法与软件的选择
• 3.2 几何模型
• 3.3 有限元网格划分
• 3.4 材料参数、工艺参数
• 3.5 基本假设
• 3.6 边界条件的确定
• 3.7 求解过程
• 3.8 模拟结果及分析
• 2浓度变化时流场分析'>3.8.1 CO₂浓度变化时流场分析
• 3.8.2 熔体流量变化时流场分析
• 3.8.3 温度变化时流场分析
• 3.9 本章小结
• 第4章 工艺参数对气泡成核的影响
• 4.1 剪切拉伸对气泡成核的影响
• 4.1.1 剪切应力对气泡成核的影响
• 4.1.2 拉伸应力对气泡成核的影响
• 2浓度对气泡成核的影响'>4.2 CO₂浓度对气泡成核的影响
• 4.3 流量对气泡成核的影响
• 4.4 螺杆结构参数对气泡成核的影响
• 4.4.1 螺杆的熔体输送段内径的影响
• 4.4.2 螺杆的熔体输送段长度的影响
• 4.4.3 螺杆的熔体输送段螺距的影响
• 4.4.4 螺杆转速的影响
• 4.5 温度对气泡成核的影响
• 4.6 本章小结
• 第5章 总结与展望
• 5.1 全文总结
• 5.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读学位期间的研究成果