流道仿真模擬技術(shù)研究實(shí)例

1、流道仿真模擬技術(shù)研究實(shí)例（完整版）溫馨提示：過(guò)去我們推送了很多關(guān)于汽車(chē)塑料的文章， 請(qǐng)回復(fù)關(guān)鍵詞“汽車(chē)”進(jìn)行了解； 摘要：本文以 PMMA/PC/PMMA 三層結(jié)構(gòu)的光學(xué)薄膜模內(nèi)共擠模頭為例， 運(yùn)用國(guó)際同步的原料分析技術(shù)和流道模擬分析軟件，對(duì)兩種 原材料的壓力、溫度及流速進(jìn)行對(duì)比分析，從分析結(jié)果中得 出各層物料進(jìn)入模腔內(nèi)的情況。 在模頭設(shè)計(jì)過(guò)程中參考以 上數(shù)值，通過(guò)對(duì)流道的不斷調(diào)整，使每層的壓力基本接近并 在合理范圍，使得模內(nèi)多層共擠技術(shù)的優(yōu)勢(shì)得到最大發(fā)揮。 關(guān)鍵詞：模內(nèi)多層共擠 光學(xué)薄膜 原料流變分析 流道仿真 模擬分析 項(xiàng)目研究背景 隨著塑料制品應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò) 增，人們對(duì)產(chǎn)品要求也在不斷

2、提升，各種各樣的光學(xué)薄膜應(yīng) 運(yùn)而生，尤其是數(shù)碼產(chǎn)品觸摸交互的升級(jí)，觸摸屏基礎(chǔ)材料 光學(xué)薄膜被賦予了更高的價(jià)值，對(duì)新材料運(yùn)用及加工工藝提 出了更高的挑戰(zhàn)。 比如讓制品由多種不同特性的原料構(gòu)成， 使它兼有幾種不同原料的優(yōu)良特性，實(shí)現(xiàn)不同的功能；或是 由不同顏色的同種原料構(gòu)成，從而得到特殊的外觀，此時(shí)單 層的模頭已經(jīng)無(wú)法滿足需求，這就需要多層共擠模頭來(lái)實(shí)現(xiàn)， 特別是電子產(chǎn)品上的 PC-PMMA 、 TPU 鞋材、 TPE-TPO 包 裝膜、 CPP 光學(xué)膜等， 這些具有綜合性能的多層復(fù)合材料在 許多領(lǐng)域中都有著極其廣泛的應(yīng)用價(jià)值。 目前市面上運(yùn)用較多的是 PMMA 和 PC 光學(xué)薄膜， PMMA 光

3、學(xué)薄膜具有優(yōu) 異的導(dǎo)電層鍍敷性能和較高的硬度，但存在脆性， PC 光學(xué) 薄膜強(qiáng)度高，韌性好，但導(dǎo)電層鍍敷性能不盡人意。 為了 克服單一原料特性的不足，運(yùn)用多層共擠技術(shù)生產(chǎn) PMMA/PC/PMMA 雙面防刮傷光學(xué)薄膜，韌性最好的 PC 處于中間，成為多層共擠光學(xué)薄膜的骨架，其韌性、抗撕裂 強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于單一的 PMMA 光學(xué)薄膜，光學(xué)薄膜的使用性 能指標(biāo)得到明顯改善。將 PMMA 材料設(shè)置于兩外側(cè)，可以 充分利用其優(yōu)異的導(dǎo)電層鍍敷性能，使制品兼有兩種材料的 優(yōu)勢(shì)。模內(nèi)多層共擠優(yōu)勢(shì)分析 模頭是共擠出設(shè)備中的核心 裝置，其結(jié)構(gòu)決定著復(fù)合材料的性能，目前關(guān)于多層共擠膜 的研究也多集中于機(jī)頭口模的設(shè)計(jì)。

4、 模頭設(shè)計(jì)是擠出工程 的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，在產(chǎn)品成型過(guò)程中扮演著重要的角色，其 設(shè)計(jì)的合理性不但關(guān)系著生產(chǎn)效率，還影響著制品的品質(zhì)特 性，要制造一個(gè)優(yōu)質(zhì)的模頭，第一步是必須全面了解塑料原 料的屬性。多層共擠技術(shù)主要分為兩種形式，一種是分配器 共擠，另一種是模內(nèi)共擠。對(duì)于幾種粘度和工藝溫度差別較 大的原料，模內(nèi)共擠的優(yōu)勢(shì)就會(huì)體現(xiàn)出來(lái)。具體來(lái)說(shuō)模內(nèi)多 層共擠有以下優(yōu)勢(shì)：比起分配器共擠，模內(nèi)共擠能更好的 控制各層的復(fù)合比例，一般分配器表層復(fù)合比例都不低于 10% ，而模內(nèi)共擠最薄可達(dá)到 5% 。三個(gè)料進(jìn)入流道后互 不干涉，直到距離模唇口一小段位置開(kāi)始復(fù)合，縮短了復(fù)合 停留時(shí)間，有效地降低了各層之間復(fù)合時(shí)

5、的影響。在設(shè)定 的溫度、壓力狀態(tài)下進(jìn)行三種材料的模內(nèi)溫度差異化熱復(fù)合， 可以確保良好的材料性能。有效避免粘度相差較大而導(dǎo)致 壓差出現(xiàn)的串層現(xiàn)象。流道仿真模擬分析擠出平模頭技術(shù)是 多學(xué)科組成的綜合實(shí)力的產(chǎn)業(yè)，是對(duì)高分子材料學(xué)、模流分 析技術(shù)、鋼材熱處理、機(jī)械加工多學(xué)科知識(shí)的綜合運(yùn)用。隨 著新材料發(fā)展的日新月異，對(duì)工藝創(chuàng)新和模頭的研發(fā)設(shè)計(jì)提 出了更高的要求，我們深刻體會(huì)到原材料分析技術(shù)是模頭研 發(fā)過(guò)程中真正的核心技術(shù)，只有對(duì)原材料進(jìn)行準(zhǔn)確的分析和 掌控，才能制造出最貼合生產(chǎn)線技術(shù)要求的模頭。本文將以 一種生產(chǎn) PMMA/PC/PMMA 三層結(jié)構(gòu)的防刮傷光學(xué)薄膜的 模內(nèi)共擠模頭為例，對(duì)兩種原材料的壓

6、力、溫度及流速進(jìn)行 對(duì)比分析。 1. 原料流變分析原料： PC 測(cè)試溫度為 260 、270 、 280 C PMMA 測(cè)試溫度為 210、220、230 C儀器：馬爾文 毛細(xì)管流變儀 RH2000 毛細(xì)管口模長(zhǎng)度 16mm 直徑 1mm 上圖為兩種原料在溫度范圍內(nèi)剪切速率和剪切粘度的關(guān)系 曲線 2. 流道仿真模擬分析模頭參數(shù)： 寬幅 1500mm 制品 厚度0.05-0.3mm 總產(chǎn)量為180kg/h上下層為 PMMA （工藝 溫度220C）-各占總厚度的比例 25%中間層為PC （工藝 溫度 270C） - 占總厚度的比例 50% 從原料數(shù)據(jù)可以看出， 兩種原料粘度、 流動(dòng)性差別很大， 溫

7、差也達(dá)到 50C， 我們采 用模內(nèi)共擠結(jié)構(gòu)，由于上下層和中間層原料粘度、溫度、產(chǎn) 量的差異會(huì)造成各層壓力、流速都會(huì)不同，這樣物料在口模 中復(fù)合時(shí)，易產(chǎn)生不穩(wěn)定層流，造成復(fù)合界面不規(guī)則、厚薄 比例不均勻，出模后各層容易分離等問(wèn)題，使得工藝過(guò)程較 為復(fù)雜和難以控制，尤其是生產(chǎn)光學(xué)產(chǎn)品時(shí)對(duì)復(fù)合的均勻性 要求更高。為了避免這些情況的發(fā)生，我們根據(jù)每層不同的 原料特性和生產(chǎn)需求進(jìn)行流道的初步設(shè)計(jì)，再導(dǎo)入到流道仿 真模擬軟件中，從分析結(jié)果中可以看出各層物料進(jìn)入模腔內(nèi) 的情況，通過(guò)對(duì)流道的不斷調(diào)整，使每層的壓力基本接近并 在合理范圍，控制各層想要的厚度比例，確保復(fù)合前各層分 配的均勻性以及出料流速的基本一致

8、，這樣才能維持復(fù)合后 的穩(wěn)定性，有效提高各個(gè)層面的薄厚精度。各層壓力對(duì)比上 下層-PMMA 中間層-PC 各層壓力降曲線對(duì)比上下層 -PMMA中間層 -PC 各層溫度對(duì)比上下層 -PMMA 中間層 -PC 各層出 料流速曲線對(duì)比上下層 -PMMA 中間層 -PC3. 模頭主要結(jié)構(gòu) 以上分析結(jié)果是在恒溫條件下的情況，也是我們最理想化的 狀態(tài)，只有很好地控制各層溫度，才能保證產(chǎn)品的質(zhì)量，這 是模內(nèi)共擠模頭設(shè)計(jì)中最重要的一部分。我們把模頭分為很 多溫度區(qū)，各層流道各個(gè)溫度區(qū)都有獨(dú)立的控制，相鄰兩層 原料工藝溫度相差 30 C以上的，層之間增加隔溫結(jié)構(gòu)， 防止 竄溫，并增加油路起到恒溫的作用，把層與層

9、之間的影響降 到最小。技術(shù)難點(diǎn)突破這樣一個(gè)結(jié)構(gòu)復(fù)雜的模頭自然在設(shè)計(jì)生產(chǎn)中存在很多難點(diǎn)，對(duì)加工精度的要求也會(huì)更加苛刻，投 資成本高，制造周期也相對(duì)較長(zhǎng)。除此之外對(duì)于客戶在使用 時(shí)的要求也會(huì)更高，每臺(tái)擠出機(jī)的產(chǎn)量、溫度必須控制在合 理范圍，保證進(jìn)入模頭時(shí)壓力的穩(wěn)定性，才能更好地發(fā)揮模 頭應(yīng)有的性能。隨著國(guó)際前端設(shè)計(jì)軟件的運(yùn)用，生產(chǎn)工藝和 精加工技術(shù)的革新，多層共擠模頭在結(jié)構(gòu)和共擠制品層數(shù)及 物料的適應(yīng)性、厚度控制精度等方面都有很大的提升。精誠(chéng) 時(shí)代集團(tuán)一直專(zhuān)注于擠出模頭的技術(shù)創(chuàng)新，志在于中國(guó)擠出 事業(yè)的共同進(jìn)步和技術(shù)分享，本文由精誠(chéng)工程技術(shù)研發(fā)中心 的林輝工程師提供，如有不足敬請(qǐng)您的指正和批評(píng)，如果您 需要進(jìn)一步的技術(shù)探討可以關(guān)注我們的“模頭世界”官方微信， 文章版權(quán)歸精誠(chéng)技術(shù)部所有，如需轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處。高分子 論壇模具微信群，請(qǐng)加群主：，注明“模具”閱 讀原文查看模具經(jīng)典文章大全