擠出吹塑薄膜機(jī)頭流場(chǎng)的數(shù)值分析與研究.pdf

1、塑料薄膜的應(yīng)用十分廣泛，隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展和農(nóng)村產(chǎn)業(yè)鏈結(jié)構(gòu)的調(diào)整，塑料薄膜在各行業(yè)的需求量不斷上升。塑料薄膜的成型方法有很多種，其中擠出吹塑成型的應(yīng)用最為廣泛，其成型方式是通過擠出機(jī)將塑料擠成管狀，而后借助擠出機(jī)頭下部的壓縮空氣以一定比例吹脹成膜。因此，擠出機(jī)機(jī)頭的出口環(huán)形縫隙高度和吹脹比決定了薄膜厚度的大小，同時(shí)也決定了其應(yīng)用的范圍。吹脹比是吹塑薄膜生產(chǎn)工藝的主要控制點(diǎn)之一，取值過大容易引起膜泡不穩(wěn)定，使薄膜出現(xiàn)褶皺現(xiàn)象，常用的低密度

2、聚乙烯（LDPE）薄膜的吹脹比應(yīng)控制在2.5~3.0。因此，要想利用吹塑方法生產(chǎn)超薄薄膜，必須要知道機(jī)頭出口縫高的最小取值。
　　本文以目前國內(nèi)使用最為廣泛的芯棒式擠出機(jī)頭為例，通過經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)初步建立了吹膜機(jī)頭的幾何模型，保持其它幾何參數(shù)不變，改變出口環(huán)形縫隙高度，建立若干個(gè)幾何模型，利用FLUENT有限元分析軟件模擬了聚合物在機(jī)頭流道內(nèi)的流動(dòng)狀態(tài)，得到了速度場(chǎng)和壓力場(chǎng)的分布情況，分析結(jié)果如下：
　　1、隨著出口縫隙高度的逐漸

3、變小，入口壓力在逐漸變大，壓力變化的幅度也隨之增大。
　　2、當(dāng)出口縫隙高度小于0.5mm時(shí)，入口壓力會(huì)產(chǎn)生劇烈變化，壓力的異常增大反應(yīng)會(huì)使機(jī)頭負(fù)荷增大，各階段的壓力降也會(huì)增大，消耗更多的能量，機(jī)頭的穩(wěn)定性降低，影響薄膜的生產(chǎn)質(zhì)量，因此，縫高在生產(chǎn)中不宜取到小于0.5mm。
　　分析結(jié)果表明，在吹脹比取3，出口縫高取0.5mm時(shí)，吹塑薄膜機(jī)頭可以生產(chǎn)最小厚度薄膜。從模擬結(jié)果所得的出口速度、入口壓力和壓力降波動(dòng)曲線中可以發(fā)現(xiàn)，

4、當(dāng)出口逢高變化對(duì)流場(chǎng)影響較小，流場(chǎng)較為穩(wěn)定時(shí)，流體的出口速度波動(dòng)在0.0009m/s~0.0011m/s，入口壓力在0.1MPa左右，雖然在縫高取0.5mm時(shí)并沒有發(fā)生劇烈變化，但相比之下這些值是略高的，因此，需要對(duì)模型進(jìn)行優(yōu)化，從而降低壓力，提高出口流速的均勻性。
　　保持上述模擬所用幾何模型的結(jié)構(gòu)參數(shù)不變，將出口縫隙高度設(shè)置為0.5mm，建立幾何模型，將此模型定為生產(chǎn)超薄薄膜的吹膜機(jī)頭。機(jī)頭內(nèi)壓力場(chǎng)和出口流速會(huì)影響超薄薄膜的生

5、產(chǎn)質(zhì)量，為了降低流道內(nèi)的壓力，提高出口流速的均勻性，需要對(duì)此機(jī)頭流道幾何參數(shù)和流變參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化分析。本課題主要通過改變流道的成型段長(zhǎng)度、壓縮段長(zhǎng)度和料流的入口速度，利用FLUENT軟件對(duì)流場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值模擬，得到了速度場(chǎng)和壓力場(chǎng)的分布情況，分析結(jié)果如下：
　　1、成型段的長(zhǎng)度不能過短，要大于6mm，否則出口流速會(huì)不穩(wěn)定。隨著成型段長(zhǎng)度的增加，入口壓力及出入口壓力降增加，因此成型段長(zhǎng)度也不能過長(zhǎng)，可以在9~12mm內(nèi)取值。
　　2

6、、隨著入口流速的增大，出口速度波動(dòng)增大，入口壓力和壓力降也顯著增大，流道出口的均勻性和機(jī)頭的穩(wěn)定性就難以保證，因此應(yīng)減小入口流速，可以在0.01~0.02m/s中取值。
　　3、隨著壓縮段長(zhǎng)度的增加出口速度波動(dòng)在變小，當(dāng)壓縮段長(zhǎng)度大于芯軸直徑時(shí)，出口速度相對(duì)會(huì)更穩(wěn)定、更均勻，但不能過長(zhǎng)，否則會(huì)增加機(jī)頭負(fù)荷；壓縮段變化對(duì)壓力場(chǎng)的影響很小。因此，壓縮段長(zhǎng)度應(yīng)在45~50mm之間取值。
　　本課題的研究實(shí)現(xiàn)了利用擠出吹塑成型法生產(chǎn)