PTT熔体在塑料异型材挤出口模内黏弹流动的数值模拟

采用PTT黏弹模型,对聚合物熔体在T型异型材挤出口模内的三维等温流动进行数值模拟,得出口模内外速度、剪切速率、压力和应力分布。结果表明:由于出口效应,在口模出口处,速度、剪切速率、压力分布均发生突变。这种突变有可能造成负压,从而引发熔体破裂。口模内二次流动产生的剪切应力甚至会超过因挤出流动产生的剪切应力。应力易集中发生在口模截面的拐角处,随着挤出流量的增加,口模内最大剪切应力和最大第一法向应力差几乎线性地增加,而不会急剧增大。

黏弹流体流动的数值模拟研究进展

综述了黏弹流体流动数值模拟的研究进展．突出介绍近十年来有限元法在黏弹流体流动数值模拟研究中取得的成果．通过动量方程的适当变形和本构方程离散权函数的合理选择，可以显著增强数值计算的稳定性，得到较高Ｗｅｉｓｓｅｎｂｅｒｇ数下的解．同时文中对黏弹流体流动数值模拟中本构方程的应用、非等温情况和三维空间下的研究进行了介绍。

黏度对Y形包覆共挤成型影响的数值模拟

采用Phan-Thien-Tanner(PTT)本构方程,建立Y型包覆共挤模型,通过有限元数值算法系统模拟黏度对包覆共挤成型离模膨胀的影响规律。结果表明:随着熔体处黏度的变化,熔体胀大率及包覆共挤变形均有较大的变化,当内层处熔体黏度增大,而外层处黏度减小时,包覆共挤出挤出胀大率减小。

L型异型材气辅共挤气辅段长度的预测

以L型双层共挤异型材为研究对象,采用Phan-Thien and Tanner(PTT)本构方程,应用Arrhenius方程来描述温度对黏度的影响,通过有限元方法分析了聚丙烯(PP)/聚苯乙烯(PS)熔体在气辅共挤口模内的三维黏弹非等温流动过程,对比分析了不同流率下气辅共挤口模所需的最短气辅段长度,同时分析了口模出口面的剪切速率及第一法向应力差的分布情况。结果表明,气辅共挤并不能完全消除挤出胀大,但能极大限度地降低挤出胀大;通过分析流道内的压力、剪切速率及第一法向应力差分布可以确定一个合适的气辅段长度;随着熔体流率的增加,气辅共挤口模所需的最短气辅段长度也相应地增加,但增速并不明显。

气辅对L形异型材包覆共挤胀大影响的数值模拟

采用PTT本构方程,运用有限元方法对低密度聚乙烯/高密度聚乙烯(PE-LD/PE-HD)熔体的包覆共挤过程进行了三维等温黏弹数值模拟。对比分析了2种熔体在传统和气辅包覆共挤过程中挤出胀大及在不同条件下气辅包覆共挤熔体的挤出胀大。结果表明,气辅包覆共挤过程中,当芯层与壳层熔体的单位体积流率相等时,整体、芯层及壳层胀大率不随松弛时间的增加而变化,一直保持为零,而当芯层与壳层熔体的单位体积流率不等时,单位体积流率较大的熔体表现为挤出胀大,较小的表现为挤出收缩。

L形异型材共挤胀大及变形的三维非等温数值模拟

采用PTT本构方程,应用Arrhenius方程来描述温度对黏度的影响,建立了L形双层共挤模型,通过有限元方法分析了聚丙烯(PP)和聚苯乙烯(PS)熔体的三维非等温黏弹流动过程,对比分析了2种材料在不同组合情况下口模出口面的速度场、剪切速率场以及共挤出胀大和变形情况。结果表明,L形分层共挤的胀大和变形不仅与2种熔体黏度差异有关,还与口模截面形状有关;黏度较低的PP会向黏度较高的PS一侧偏转,且PP有包覆PS的趋势;黏度较低的PP位于L形内侧时共挤出胀大和变形程度大于其位于外侧时,且两熔体黏度差异越大,两方案的共挤出胀大和变形程度的差异越大。

第二法向应力差与气辅共挤出胀大的关系

采用Phan-Thien-Tanner(PTT)本构方程描述聚合物熔体共挤分层流动的黏弹行为,建立了C形双层气辅共挤非等温流动理论模型,并数值实现,研究了熔体入口体积流率对挤出胀大率和第二法向应力差的影响,同时分析了熔体挤出胀大率与第二法向应力差之间的规律性联系。研究结果表明,当两熔体流率不相等时,单层熔体挤出胀大率随着自身流率的增大而增大,随着另一熔体流率的增大而减小,甚至出现负值;当两熔体流率相等时,单层熔体挤出胀大率不随流率的变化而变化;熔体整体挤出胀大率则不随流率的变化而变化,始终接近零值;熔体的挤出胀大率与第二法向应力差有关,且正比于第二法向应力差的绝对值。