多物理场耦合叶片塑化单元聚合物混合性能研究

阐述了聚合物叶片注塑成型机的结构组成和工作原理,通过叶片塑化单元转子模型及本构方程的表征,分析了该单元聚合物熔体拉伸流动特性和混合性能.结果表明,叶片塑化单元的流场为拉伸与剪切复合流场,混合指数值高达0.945,叶片两边的强拉伸流场区域黏度值较低,具有较强的拉伸作用,可以提高聚合物的塑化混合性能和熔体流动性;叶片单元的混合指数多分布在0.5～0.6之间,而螺杆元件的混合指数多分布在0.4 ～0.5之间,螺杆元件在产生拉伸流场方面远低于叶片单元;动态时叶片塑化单元的拉伸速率比稳态时的大,随着振动强度的增加,该单元拉伸速率和平均拉伸混合效率提高,但是动态时的振动强度不宜过大.因此,采用叶片塑化单元及多物理场耦合开发的叶片注塑成型机优于传统注塑成型机.

屏障混炼塑化单元加工聚合物塑化混合特征

针对叶片式挤出和注射成型加工设备中的屏障混炼塑化单元,应用流体动力学软件Polyflow对其加工聚合物的塑化混合特征进行模拟并与螺纹单元比较。结果表明:屏障混炼塑化单元熔体黏度沿单元周向转动方向逐渐降低,最大剪切速率曲线在螺纹单元的右方,混合指数以大于0.5的区域为主,分离尺度曲线与螺纹单元的相近,拉伸长度对数、拉伸速率和时均混合效率的曲线均在螺纹单元的上方。因此,屏障混炼塑化单元实现了对聚合物熔体的正位移输送,有利于聚合物塑化能力和混合效果的提高;屏障混炼塑化单元流场内物料以拉伸作用为主,对聚合物的拉伸作用要强于螺纹单元,有利于对物料分散混合效率的提高;屏障混炼塑化单元对聚合物的分布混合能力与螺纹单元相当,对聚合物的分散混合能力大于螺纹杆单元,采用屏障混炼塑化单元加工聚合物具有很好的混合质量和节能效果。

屏障混炼塑化单元结构参数对成型加工的影响

建立了不同偏心距下的屏障混炼塑化单元的模型,借助Polyflow软件对不同模型进行了模拟,分析了速度、剪切速率、瞬时混合效率等塑化混合参数随偏心距变化的规律,给出了偏心距最优值。

屏障混炼塑化单元在成型加工中的聚合物输送特征研究

对新型聚合物叶片注塑成型机中的屏障混炼塑化单元进行了三维建模,采用网格重叠技术对流体区域进行网格划分。通过对轴向压力分布以及偏心距与剪切速率、拉伸速率关系的研究,分析了该单元成型加工聚合物输送特征。结果表明:新型屏障混炼塑化单元具有良好的正位移输送能力,有利于聚合物熔体的塑化混合,其中由转子转动产生的空隙体积的变化是屏障混炼塑化单元产生拉伸流场的主要原因;随着偏心距的增大,屏障混炼塑化单元的剪切速率和拉伸速率均增大,拉伸流场的作用增强,从而在剪切流场的基础上实现了强拉伸流场。

聚合物加工叶片塑化输运单元动力学模拟研究

应用多体系统动力学软件ADAMS,对叶片塑化输运单元的运动规律及动力学特性进行模拟仿真。结果表明,叶片塑化输送单元叶片的运动规律为简谐振动,随着转子转速的增加,叶片简谐振动频率增大,位移谐振强度不变,速度谐振强度提高,叶片与定子之间的作用力增大,作用力的变化幅度提高,加剧了叶片伸缩运动时与定子的冲击;叶片塑化输送单元的第11阶模态对单元系统振动的影响最大,第13阶模态次之,激励频率为5.7544、24.36、153.7Hz时单元系统会发生共振,但是偏心激励不会引起叶片共振断裂。

叶片塑化输运单元加工聚合物塑化性能研究

阐述了聚合物叶片注塑成型机中叶片塑化输运单元的工作原理并进行三维建模,应用流体动力学软件分析了该单元的塑化机理和拉伸流动特性。结果表明,该单元在锥形流道腔室内形成较大区域的拉伸流场,同时也有剪切流场和涡流的存在;该单元入口处呈现较大负压力,出口处呈现较大正压力,具有良好的正位移输运能力;叶片单元剪切流场区域所占流体区域的比例较小,与螺杆元件一样存在较强的剪切流场;叶片单元具有较强的拉伸作用,而螺杆元件在产生拉伸流场方面远低于叶片单元。因此,叶片塑化输运单元可以提高聚合物的塑化与分散混合性能,经过叶片注塑成型机加工的制品性能要优于螺杆元件加工的制品。

叶片塑化输运单元与单螺杆塑化系统组合式挤出机及其挤出特性

将具有正位移输送特性的叶片塑化输运单元(VPCU)与基于摩擦输运机理的单螺杆塑化输运系统相结合,开发了新型的单轴高分子材料塑化挤出机。详细介绍了组合式挤出机的结构及工作原理,实验研究了加工工艺参数、设备结构参数对挤出特性的影响。研究结果表明,叶片塑化输运单元可代替常规单螺杆挤出机的固体输送段,大大缩短了塑化输运系统的轴向长度,降低了设备的体积、质量,减少了物料所经历的热机械历程。与常规单螺杆挤出机相比,叶片挤出机具有正位移输送特性,口模压力、物料特性等对产量的影响比常规单螺杆挤出机小,挤出更稳定。

叶片塑化单元内熔体速度场的数值模拟

研究了叶片挤出机的叶片塑化单元内周期性熔体的速度场。选用Bird-Carreau黏度方程,应用POLYFLOW有限元软件模拟了聚丙烯在叶片塑化输运单元中的流动;通过对模拟速度场的分析,明确了叶片塑化输运单元中流体的速度分布规律和流动特性,并为叶片单元结构的改进提出了合理建议。模拟结果表明:叶片塑化输运单元中存在拉伸流动;物料在叶片单元内实现了互换流动。

微注塑成型机的研究现状与进展

在阐述了微注塑成型技术特点及定义的基础上,提出了微注塑成型技术对成型机的特殊要求,介绍并分析了微注塑成型机的市场现状。根据结构特点,对微注塑成型机进行分类,并对其技术参数做出说明,同时,展望了微注塑成型机的发展趋势。