微孔塑料挤出成型过程中口模流动及气泡成核的数值模拟

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微孔塑料是一种泡孔直径小于10μm,泡孔密度大于109个/cm3的新型泡沫塑料,因其独特的优点越来越引起社会的关注。本文基于聚合物流变学、流体动力学和热力学理论,经合理假设,建立了快速降压口模中二维流动的有限元模型,利用FLUENT(CFD)软件实现了有限元方程的求解,大量的数据处理以及数据可视化则采用TECPLOT后处理软件。本文采用超临界CO2作为发泡剂,研究PS/CO2发泡体系中工艺条件对成型结果的影响。影响泡孔成型的三个主要因素是CO2浓度、发泡温度(即口模温度)和压力降或压力降率,其中发泡温度的影响最复杂,因为PS/CO2体系的所有物性参数(如粘度、表面张力、气体的溶解度和扩散度等)几乎都是温度的函数,而且在发泡过程中各物性参数又是相互作用和影响的。本文分析了PS/CO2均相熔体在快速降压口模中的流动状态,包括压力场和速度场等,并系统分析了CO2浓度、流率、发泡温度和压力降或压力降率对气泡成核和长大的影响。研究表明:PS/CO2熔体的粘度随着CO2浓度的增加而下降,并且在高溶度区(2~5wt%)CO2对熔体粘度的影响比低溶度区(0~2wt%)小;在CO2溶解度范围以内,增加CO2浓度和增大流率有利于成核更多的气泡,但不利于小尺寸泡孔的生成;在满足发泡温度条件时,降低口模温度有利高密度小尺寸泡孔的生成;压力降或压力降率越大越有利于微孔成型的目的,即形成数量尽可能多、尺寸尽可能小的泡孔。本文的研究结论可以用来指导微孔塑料连续挤出成型中工艺条件的优化。
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