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塑料薄膜的应用十分广泛,随着经济的不断发展和农村产业链结构的调整,塑料薄膜在各行业的需求量不断上升。塑料薄膜的成型方法有很多种,其中挤出吹塑成型的应用最为广泛,其成型方式是通过挤出机将塑料挤成管状,而后借助挤出机头下部的压缩空气以一定比例吹胀成膜。因此,挤出机机头的出口环形缝隙高度和吹胀比决定了薄膜厚度的大小,同时也决定了其应用的范围。吹胀比是吹塑薄膜生产工艺的主要控制点之一,取值过大容易引起膜泡不稳定,使薄膜出现褶皱现象,常用的低密度聚乙烯(LDPE)薄膜的吹胀比应控制在2.5~3.0。因此,要想利用吹塑方法生产超薄薄膜,必须要知道机头出口缝高的最小取值。 本文以目前国内使用最为广泛的芯棒式挤出机头为例,通过经验数据初步建立了吹膜机头的几何模型,保持其它几何参数不变,改变出口环形缝隙高度,建立若干个几何模型,利用FLUENT有限元分析软件模拟了聚合物在机头流道内的流动状态,得到了速度场和压力场的分布情况,分析结果如下: 1、随着出口缝隙高度的逐渐变小,入口压力在逐渐变大,压力变化的幅度也随之增大。 2、当出口缝隙高度小于0.5mm时,入口压力会产生剧烈变化,压力的异常增大反应会使机头负荷增大,各阶段的压力降也会增大,消耗更多的能量,机头的稳定性降低,影响薄膜的生产质量,因此,缝高在生产中不宜取到小于0.5mm。 分析结果表明,在吹胀比取3,出口缝高取0.5mm时,吹塑薄膜机头可以生产最小厚度薄膜。从模拟结果所得的出口速度、入口压力和压力降波动曲线中可以发现,当出口逢高变化对流场影响较小,流场较为稳定时,流体的出口速度波动在0.0009m/s~0.0011m/s,入口压力在0.1MPa左右,虽然在缝高取0.5mm时并没有发生剧烈变化,但相比之下这些值是略高的,因此,需要对模型进行优化,从而降低压力,提高出口流速的均匀性。 保持上述模拟所用几何模型的结构参数不变,将出口缝隙高度设置为0.5mm,建立几何模型,将此模型定为生产超薄薄膜的吹膜机头。机头内压力场和出口流速会影响超薄薄膜的生产质量,为了降低流道内的压力,提高出口流速的均匀性,需要对此机头流道几何参数和流变参数进行优化分析。本课题主要通过改变流道的成型段长度、压缩段长度和料流的入口速度,利用FLUENT软件对流场进行数值模拟,得到了速度场和压力场的分布情况,分析结果如下: 1、成型段的长度不能过短,要大于6mm,否则出口流速会不稳定。随着成型段长度的增加,入口压力及出入口压力降增加,因此成型段长度也不能过长,可以在9~12mm内取值。 2、随着入口流速的增大,出口速度波动增大,入口压力和压力降也显著增大,流道出口的均匀性和机头的稳定性就难以保证,因此应减小入口流速,可以在0.01~0.02m/s中取值。 3、随着压缩段长度的增加出口速度波动在变小,当压缩段长度大于芯轴直径时,出口速度相对会更稳定、更均匀,但不能过长,否则会增加机头负荷;压缩段变化对压力场的影响很小。因此,压缩段长度应在45~50mm之间取值。 本课题的研究实现了利用挤出吹塑成型法生产超薄薄膜,并为机头的设计提供了有力的依据。