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拉伸吹塑使聚合物分子链段沿轴向与周向取向,明显地提高容器的综合性能,正越来越多地用于成型化工、食品与制药行业的包装容器。如何利用数值模拟方法快速确定拉伸吹塑的优化工艺参数从而减小生产成本是工业界和学术界都非常感兴趣的问题。本文采用实验与数值模拟相结合的方法,研究.PET拉伸吹塑及相关形变机理。
使用红外热成像仪测量了聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)拉伸吹塑再加热阶段型坯的轴向表面温度分布。通过可视化实验研究了不同吹胀延迟时间下拉伸吹胀阶段PET型坯轮廓的演变模式,提出了仅与型坯厚度和内径相关的两个参数:μ和v。在拉伸吹胀阶段中由于μ和v值的变化,导致了型坯轴向与径向应力的变化。结合拉伸吹胀中型坯的受力、几何尺寸、温度分布以及PET的应力.应变行为,分析形成型坯不同拉伸吹胀模式的原因。
使用有限元法对PET拉伸吹塑的再加热阶段进行数值模拟,分析了角系数分布、热通量、型坯的径向和轴向温度分布。提出了一个新的高弹态PET有限形变的黏弹性本构模型,分别采用Eyring活化机理(用粘壶表示)和Arruda-Boyce八链橡胶模型(用弹簧表示)描述应力.应变关系中的屈服流动和应变硬化特征。粘壶和弹簧为并联关系,PET材料的应力等于粘壶和弹簧的应力加和。为了验证上述本构模型的准确性,通过单轴拉伸实验研究在玻璃化转变区及高弹态下PET和PET/蒙脱土纳米复合材料(nano-PET)的应力一应变行为及应变诱导结晶,分析拉伸速率和温度对材料应力一应变行为的影响。经研究表明nano-PET的应力-应变关系也能用上述本构模型表示。对单轴拉伸实验数据进行数据拟合,获取本构模型相关材料参数。用本构模型模拟所得与实验的应力一应变曲线很吻合。对拉伸吹胀中存在的传热和接触等非线性效应分别建模,将传热和接触模型结合到一个统一的非等温有限元模型中,对PET拉伸吹胀阶段进行数值模拟,分析了型坯轮廓的演变、瓶子轴向壁厚分布以及应力.应变分布,通过模拟解释了由于工艺参数设置不当所造成的瓶底褶皱现象。