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PET片材挤出成型有限元模拟及工艺研究 FINITE ELEMENT SIMULATION AND PROCESS RESEARCH OF PET SHEET EXTRUSION MOLDING A Dissertation submitted in fulfillment of the requirements of the degree of MASTER OF PHILOSOPHYfromShandong University of Science and TechnologybyDing KaiSupervisor: Associate Professor Qin Shengxue College of Mechanical and Electronic Engineering May 2012 声 明 本人呈交给山东科技大学的这篇硕士学位论文,除了所列参考文献和世所 公认的文献外,全部是本人在导师指导下的研究成果。该论文资料尚没有呈交 于其它任何学术机关作鉴定。 硕士生签名: 日期: AFFIRMATION I declare that this dissertation, submitted in fulfillment of the requirements for the award of Master of Philosophy in Shandong University of Science and Technology, is wholly my own work unless referenced of acknowledge. The document has not been submitted for qualification at any other academic instituteSignature: Date:山东科技大学硕士学位论文 摘 要 摘 要 PET具有产量大、价格低、耐热性、耐化学药品性、耐磨性、电绝缘性等优点,在 工业生产中有广泛的应用空间,因此深入研究PET的加工技术和成型工艺引起人们的关 注。 本文以塑料挤出成型理论为基础,将聚合物流变学、计算流体动力学和塑料加工工 艺相结合,对聚合物熔体片材口模流道内的流动系统地开展了计算机模拟研究。 利用POLYFLOW软件,分别对长方形片材挤出口模和衣架型片材口模流道内的聚合 物熔体的流动规律开展了模拟分析,获得了压力场、速度场和温度场的分布。对聚合物 双层共挤开展了模拟分析,获得了共挤片材自由边界的变化状态。 对长方形片材挤出口模进行了挤出胀大分析和口模的优化,并深入探讨了影响口模 设计质量的速度出口均一性和入口体积流率,重点分析了Cross指数和入口体积流率对聚 合物熔体压力和速度分布的影响。而对于应用广泛的衣架型口模,主要研究了歧管扩展 角、入口段长度和扇形过渡区长度对流道内聚合物熔体的压力、速度和温度的分布影响。 在聚合物共挤模拟中,重点研究了入口体积流率和口模流道收敛角对自由边界的影响。 通过模拟研究,获得了指导成型工艺和模具设计的相应规律。PET片材在挤出成型 中胀大现象较为明显,在模具设计时应该充分考虑聚合物的挤出胀大效应,这一问题可 通过逆向挤出功能予以解决。熔体压力和速度随Cross指数和入口体积流率的增大而增 大。在衣架型口模中,歧管扩展角对熔体的压力和速度影响显著,但对熔体的温度分布 影响不明显。在歧管扩展角为某一特定值时,出口处熔体物理量场分布较为合理。随着 入口段长度的增大,所需挤出压力增大,出口温度随入口段长度的增加而降低。扇形过 渡区长度的变化对熔体压力和速度的分布影响显著,但对熔体温度的分布影响不明显。 在共挤成型中,入口体积流率对共挤片材的自由边界变化影响显著,但口模流道收敛角 对自由边界的影响不明显。 昀后,针对挤出片材开展了实验研究,在不同 的温度、螺杆转速和辊筒速度下制备 挤出片材,解释了挤出片材产生缺陷的原因。为得到较好拉伸取向的片材,在挤出过程 中三辊压光机辊筒的线速度要稍大于片材的挤出速度。通过调整工艺得到了透明的PET 片材,并通过拉伸试验测试了不同片材制品的力学性能,得出非结晶形状规则的片材拉山东科技大学硕士学位论文 摘 要 伸性能明显好于结晶形状不规则片材的拉伸性能。 关键词:片材;长方形口模;衣架型口模;共挤;有限元模拟 山东科技大学硕士学位论文 摘 要 ABSTRACT PET has large output, low prices, heat resistance, chemical resistance, abrasion resistance, electrica