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聚合物挤出成型已成为塑料制品加工的重要手段,具有生产效率高、连续性好的特点,广泛应用于薄膜、板材、管材及异型材和电线电缆等的生产。在聚合物的加工过程中,传统的经验理论已不能很好地指导生产设计的需要,利用数值计算技术模拟聚合物在流道中的流动过程,可为工艺设计和模具优化提供理论依据。 本文以聚合物流变学为基础,建立了牛顿流体和幂律流体在圆形口模内流动的有限元模型。采用罚有限元法将连续性方程引入动量方程,避免了对压力项直接求解,降低了模拟对计算机内存的要求;采用路线法对挤出胀大的自由表面进行了更新迭代,得到了自由表面位置。对牛顿流体挤出胀大行为进行了模拟分析,获得了流体速度场分布和挤出胀大率,并将模拟结果与有限元软件Polyflow的计算结果进行了对比,证明了该方法能有效地模拟牛顿流体的二维挤出胀大行为,并进一步研究了入口流量、罚数与粘度比值对挤出胀大的影响。基于高分子材料非牛顿效应的特点,进一步采用幂律本构方程对圆形口模进行数值分析,研究了入口流量和非牛顿指数对聚合物流动的影响。 在挤出成型过程中,壁面滑移影响聚合物制品的表面质量,因此考虑滑移条件的数值模拟更加接近生产实际,本文提出了一种壁面滑移系数的计算方法。以UHMWPE为研究对象,利用熔融指数仪和毛细管流变仪测得流动的相关数据,进行处理后得到UHMWPE的零剪切粘度、非牛顿指数与松弛时间。通过将实际测得的熔体压力与Polyflow数值模拟得到的压力值进行标准误差比较,确定了UHMWPE壁面滑移系数。 在熔融纺丝过程中,由于UHMWPE粘度大,流动行为较为复杂,研究UHMWPE熔体纺丝在挤出成型过程中的流变行为,具有十分重要的理论和现实意义。针对熔体纺丝成型工艺,考虑到壁面滑移因素,模拟了UHMWPE熔体在喷丝孔内的流变行为;利用Polyflow模拟了不同结构喷丝孔的挤出成型过程,获得了熔体速度、压力和温度场的分布规律;研究了微孔长径比L/D及导孔压缩角对挤出成型的影响,为喷丝孔的优化设计提供了理论指导。