層倍增器的數值模擬及實驗研究.pdf

1、高聚物復合材料在人們的日常生產生活中，處于一個非常重要的位置。新型的多功能高聚物復合材料的加工工藝及成型裝備，能滿足人們對此類材料產品性能日益增長的需求。單一組分的制品往往不能經濟且方便地滿足制品的使用和加工性能、外觀等方面的特殊要求，正在被塑料制品市場所淘汰。新型的多層多功能高聚物復合材料加工技術及裝備等正在蓬勃發(fā)展[2，6]。
　　 塑料行業(yè)中，約40％以上原料通過擠出生產線加工成制品進入市場。在多層復合材料的加工中，擠出處

2、于主導地位。廣泛的應用領域與巨大的市場機會，促使各擠出生產線供應商不斷研發(fā)創(chuàng)新的技術。不同結構的材料復合、不同領域的技術集成、滿足特定市場需求的專門研發(fā)正在不斷突破我們傳統(tǒng)上對擠出生產線概念的理解，并可能開拓擠出業(yè)全新的應用領域[1,2,3,4]。
　　 本課題基于美國EDI公司突破傳統(tǒng)擠出生產概念的“層倍增技術”[1,5,7],設計加工出具有特殊流道的小試擠出模具，用于研究多組分多層復合材料的加工成型及實驗。
　　 首

3、先，綜述了國內外多層共擠技術及其相關領域的發(fā)展和現(xiàn)狀，并對其原理結構等進行詳細闡述。對前人研究的成果進行了歸納總結，重點介紹了美國EDI公司的‘Layer multiplier’技術[1，5，7]及其原理。
　　 其次，由于模具復雜的流道結構，熔融的塑料流體在其間必定是一種復雜的流動行為，并且，塑料熔體具有特殊的粘性，必須利用流體動力學原理進行分析計算[8]，我們選用Polylow軟件完成了流場的數值模擬及后續(xù)分析工作。我們得到

4、此模型的理論層厚比為0.997∶1:0.999∶1.006，實驗得到的實際層厚比為0.972:1:0.993∶1.010，因此，我們得出此模型具有較高的模擬精度，且適應性較強。
　　 再次，設計了層倍增器、層疊器模具，根據設計出的模具結構進行加工制造。加工制造的難點在于層倍增器流道的加工，要求較高的加工精度，選用慢走絲線切割機床進行加工。由于流道由大錐度異形孔構成，設計了專用工裝，利用“兩步二次切割法”，并優(yōu)化了加工工藝參數后，

5、完成了流道的加工。
　　 最后，根據模擬得到的理論結果(速度場，壓力場等)，結合實驗室現(xiàn)有設備及實際情況，做了一系列相關實驗。指出影響多層復合材料擠出制品質量的加工工藝因素，得到制品層厚比較為均勻的加工工藝。分別加工出具有發(fā)泡層與不具有發(fā)泡層的多層片材，進行力學性能測試后，得到了密度較小，彈性模量和比強度基本不下降的情況下，延展性提高了近31倍的復合材料。在分散實驗中，兩層均為PPR/Nano-CaCO3(質量分數為8％)的復合