UHMWPE單螺桿擠出和螺筒感應加熱有限元模擬.pdf

1、超高分子量聚乙烯(UHMWPE)是一種綜合性能優異的工程塑料，具有很好的耐腐蝕、耐磨、耐低溫、耐沖擊性，且不易與其他物體粘結，因此被應用于眾多領域。UHMWPE均分子量為150萬以上，分子量極高，熔融黏度高，臨界剪切速率很低，在實際的螺桿擠出過程中容易發生壁面滑移，影響擠出產品的產量和質量。因此壁面滑移條件下，研究UHMWPE單螺桿擠出過程，對實際生產有重要的意義。
　　電磁感應加熱方法和傳統的電加熱方法相比，具有節能、溫升快和加

2、熱均勻等優點，有很好的應用前景。螺筒是塑料擠出機的關鍵裝置，決定了塑料的塑化質量和生產效率，研究螺筒感應加熱過程，對塑料擠出機的研制具有重要的理論和現實意義。
　　本文首先基于聚合物流變學理論，在壁面滑移條件下，利用Polyflow軟件，建立了螺桿和熔體的幾何模型，進行網格劃分;然后通過建立數學模型、施加邊界條件、選擇計算方法，模擬了UHMWPE單螺桿擠出過程，獲得了不同滑移系數下沿著螺槽的速度、垂直于螺槽的速度和螺槽間壓力的分布

3、。研究表明，對于UHMWPE單螺桿擠出過程，隨著滑移系數的增大，熔體沿著螺槽方向的速度和垂直于螺槽方向的速度增大，螺桿的擠出產量和混合質量提高;同時熔體在螺槽間的壓力增大，且壓力降增大不利于擠出過程的穩定性。
　　進一步基于傳熱學原理，在非等溫條件下，建立了UHMWPE單螺桿擠出有限元模型，利用參數漸進計算方法，模擬獲得了熔體的溫度、剪切生熱、剪切速率、黏度和壓力的分布，同時與等溫條件下的模擬結果進行了對比分析。研究表明，非等溫條

4、件下，熔體在螺筒和螺棱間隙處剪切速率最大，剪切生熱最大，黏度最小，熔體溫度最高值出現在螺棱附近。非等溫條件和等溫條件下相比，黏度減小;螺棱間壓力的最大值減小，但差值較小;螺桿所受的力和扭矩減小。
　　然后基于電磁感應加熱原理，利用Ansys軟件，定義材料特性和分析單元，建立了螺筒感應加熱二維有限元模型，運用電磁場和溫度場耦合技術，模擬了螺筒的感應加熱過程，獲得了螺筒溫度隨時間的變化。研究表明，相等加熱時間內，隨著加熱頻率的增加，螺