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微孔塑料连续挤出成型的理论与实验研究

作　者: 余忠
导　师: 柳和生
学　校: 南昌大学
专　业: 化工过程机械
关键词: 连续挤出微孔塑料超临界CO2 数值模拟销钉螺杆
分类号: TQ320.663
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

连续挤出成型是微孔塑料主要成型技术之一,也是目前微孔塑料成型的研究热点之一。对于微孔塑料连续挤出成型工艺来说必须满足以下四方面的要求：第一,聚合物熔体必须在注气口处建立起高-低-高的压力分布；第二,在气体与聚合物熔体到达快速降压口模之前形成均相体系；第三,设计出的快速降压口模必须有很高的压力降及压力降率,促使均相体系在流经快速降压口模后形成大量的气泡核；第四,在形成气泡核之后,设计出冷却、成型装置将气泡进行冷却、固化及定型。这四方面也就成为目前人们研究微孔塑料连续挤出成型的主要内容。本文针对上述四方面对微孔塑料连续挤出成型进行了理论和实验研究,主要取得如下成果：1.通过查阅相关文献及书籍资料,设计出应用于微孔塑料连续挤出成型的组合型单螺杆和快速降压口模,并对其相关结构进行强度校核。在超临界C02系统中,基于现有的实验设备设计出一套制取、计量超临界CO2的系统装置。目前,基本已搭建出了微孔塑料连续挤出成型的实验平台。2.基于专用的Polyflow软件,分别针对注气口前段部分螺杆、销钉螺杆和快速降压口模进行数值模拟。在注气口前段部分螺杆中,通过改变物料黏度以及螺杆转速,对注气口处聚合物熔体的压力场及质量流量大小进行分析,为后续超临界CO2的压力及体积流量注入提供理论依据。在已设计出的三种销钉螺杆中,针对几何参数的不同,CO2浓度的变化,熔体流量的变化及熔体温度的变化,分析它们对销钉螺杆混合能力的影响。在快速降压口模中,通过改变C02质量浓度、熔体体积流量及熔体温度,分析这些工艺参数对压力场、速度场以及挤出胀大的影响。3.对于实验方面,基于搭建出的实验平台,结合通过改变加工工艺参数模拟分析出的结果,进行相关性的实验研究。在实验当中,通过观察实验所得的结果对实验装置提出进一步的改善措施。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-9
第1章绪论  9-17
  1.1 本课题来源及研究意义  9-10
  1.2 国内外研究现状  10-14
    1.2.1 国内方面的研究  10-12
    1.2.2 国外方面的研究  12-14
  1.3 研究方法  14-15
  1.4 本文的主要研究内容、目标  15-16
    1.4.1 研究内容  15
    1.4.2 研究目标  15-16
  1.5 本章小结  16-17
第2章微孔塑料挤出成型的基本理论  17-29
  2.1 微孔塑料挤出成型的基本步骤  17-25
    2.1.1 聚合物熔融  17-18
    2.1.2 气体/聚合物均相体的形成  18-21
    2.1.3 气泡成核、长大及定型  21-25
  2.2 工艺过程的分析  25-27
    2.2.1 注气过程  25-27
    2.2.2 熔体建压  27
  2.3 本章小结  27-29
第3章微孔塑料挤出成型工艺的模拟分析  29-54
  3.1 在注气口前段部分螺杆中物料的模拟分析  29-36
    3.1.1 模拟分析流程  29-32
    3.1.2 不同粘度下压力场的分布  32-34
    3.1.3 不同转速下压力场、质量流量的分布  34-36
  3.2 在销钉螺杆中物料的模拟分析  36-42
    3.2.1 模拟分析流程  36-40
    3.2.2 几何参数不同时销钉螺杆混合能力的分布  40-41
    3.2.3 CO_2浓度变化时销钉螺杆混合能力的分布  41
    3.2.4 熔体流量变化时销钉螺杆混合能力的分布  41-42
    3.2.5 熔体温度变化时销钉螺杆混合能力的分布  42
  3.3 在口模中物料的模拟分析  42-53
    3.3.1 模拟分析流程  43-44
    3.3.2 压力场分析  44-48
    3.3.3 速度场分析  48-51
    3.3.4 挤出胀大的分析  51-53
  3.4 本章小结  53-54
第4章微孔塑料挤出成型装置的设计及校核  54-67
  4.1 螺杆元件的设计及校核  54-62
    4.1.1 螺杆的设计  54-59
    4.1.2 螺杆强度的校核  59-62
  4.2 超临界CO_2制备装置  62-66
    4.2.1 超临界CO_2制备装置的比较及选择  62-64
    4.2.2 超临界CO_2进气量及压力的确定  64-66
  4.3 本章小结  66-67
第5章微孔塑料挤出成型的实验研究  67-76
  5.1 实验原料  67
  5.2 实验装置  67-70
    5.2.1 单螺杆挤出机  68-69
    5.2.2 快速降压口模及其它仪器  69-70
  5.3 实验过程  70-71
    5.3.1 实验工艺流程  70
    5.3.2 实验条件  70-71
  5.4 超临界CO_2在注气口的压力与流量确定  71-73
  5.5 实验结果及分析  73-75
  5.6 本章小结  75-76
第6章结论与展望  76-79
  6.1 结论  76-77
  6.2 展望  77-79
致谢  79-80
参考文献  80-84
攻读学位期间的研究成果  84

微孔塑料连续挤出成型的理论与实验研究

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