鄧小珍1 ，肖兵1 载城，任重2
(1. 南昌工程學(xué)院 江西省精密驅(qū)動(dòng)與控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室肌似，江西 南昌 330099；2. 江 西科技師范大學(xué) 江西省光電子與通信重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室诉瓦，江西 南昌 330038)
摘要： 擠出成型是聚合物加工領(lǐng)域出現(xiàn)得較早且應(yīng)用最廣泛的技術(shù)之一川队，聚合物傳統(tǒng)擠出成型過程中存在的擠出脹大、扭曲變形等問題嚴(yán)重阻礙了該技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展及其推廣應(yīng)用垦搬。聚合物氣輔擠出是本世紀(jì)初發(fā)展起來的一種新型成型工藝呼寸，通過在口模內(nèi)壁與熔體表面間形成穩(wěn)定的氣墊膜層，使熔體以完全滑移非粘著方式擠出成型猴贰，改善了口模內(nèi)熔體的流場分布对雪，從而有效減小甚至消除了傳統(tǒng)擠出過程中存在的影響制品質(zhì)量的固有問題。該技術(shù)因具有節(jié)能米绕、環(huán)保瑟捣、改善制品質(zhì)量等優(yōu)良特性，自問世以來即受到聚合物加工領(lǐng)域諸多學(xué)者的廣泛關(guān)注栅干，相關(guān)研究成果對(duì)豐富和發(fā)展聚合物成型理論及其加工技術(shù)的進(jìn)一步推廣應(yīng)用均具有重要的科學(xué)意義和工程價(jià)值迈套。本文綜述了聚合物氣輔擠出成型問世以來國內(nèi)外研究進(jìn)展，主要介紹了該技術(shù)的成型機(jī)理和成型裝置碱鳞，氣體輔助單層擠出桑李、雙層共擠、微管擠出及氣墊膜層等方面的研究方法與研究成果窿给，并在綜述現(xiàn)有的研究基礎(chǔ)上展望了氣輔擠出成型的研究趨勢贵白。
關(guān)鍵詞： 聚合物；氣體輔助技術(shù)崩泡；擠出脹大禁荒；氣墊膜層
擠出成型是聚合物加工中出現(xiàn)較早的一門技術(shù)，經(jīng)過一個(gè)多世紀(jì)的發(fā)展角撞，因其生產(chǎn)效率高呛伴、適應(yīng)性強(qiáng)勃痴、用途廣泛，已成為聚合物加工領(lǐng)域中生產(chǎn)品種最多热康、產(chǎn)量最大沛申、變化最多的加工方法之一，然而褐隆，傳統(tǒng)擠出成型產(chǎn)生的擠出脹大[1]污它、“鯊魚皮”現(xiàn)象[2]、扭曲變形[3]庶弃、黏性包圍[4] 、界面不穩(wěn)定[5]等問題嚴(yán)重影響了制品質(zhì)量德澈，制約了該項(xiàng)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展歇攻。為解決上述難題，提高聚合物擠出產(chǎn)品質(zhì)量梆造，行內(nèi)研究者將氣體作為輔助介質(zhì)引入擠出成型缴守，形成全新的聚合物氣體輔助擠出成型技術(shù)(簡稱氣輔擠出)。氣輔擠出因在口模內(nèi)壁與聚合物熔體表面間形成了穩(wěn)定氣墊膜層镇辉，對(duì)熔體流動(dòng)起到潤滑作用屡穗，使得口模內(nèi)熔體的速度場趨于均勻一致，剪切速率和應(yīng)力值趨于零忽肛，熔體呈柱塞狀擠出村砂。因具有節(jié)能、環(huán)保和改善制品質(zhì)量等優(yōu)勢屹逛，氣輔擠出自問世以來備受相關(guān)領(lǐng)域研究者的關(guān)注础废，成為聚合物加工領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，研究者們開展了大量的研究工作罕模，取得了豐碩研究成果∑老伲現(xiàn)有公開發(fā)表文獻(xiàn)表明，與傳統(tǒng)擠出相比淑掌，氣輔擠出能有效消除擠出脹大和翹曲或偏轉(zhuǎn)變形蒿讥，減少黏性包圍和界面不穩(wěn)定等固有問題，還能明顯節(jié)能減耗抛腕，提高聚合物制品生產(chǎn)效率[6, 7]芋绸。
1 氣體輔助擠出成型機(jī)理
傳統(tǒng)擠出時(shí)，黏彈熔體在口模內(nèi)作剪切流動(dòng)時(shí)兽埃，擠出脹大現(xiàn)象隨著法向應(yīng)力差和剪切速率的增大而增大侥钳，且剪切速率在熔體破裂前達(dá)到最大值[8]，而氣輔擠出是基于完全滑移非粘著擠出成型機(jī)理柄错，由氣體輔助裝置將氣體以低速注入熔體與口模壁面之間舷夺，形成穩(wěn)定氣墊膜層苦酱，使熔體在口模內(nèi)的流動(dòng)為完全滑移流動(dòng)，從而使得口模內(nèi)熔體速度場趨于均勻一致给猾，口模出口處的剪切速率趨于零值疫萤，熔體呈柱塞狀擠出，如 Fig. 1 所示敢伸。
2 氣體輔助擠出口模結(jié)構(gòu)
氣輔擠出口模結(jié)構(gòu)對(duì)形成穩(wěn)定的氣墊膜層至關(guān)重要扯饶，將氣體引入口模的方式主要有2種：一是多孔金屬管進(jìn)氣法；二是縫隙進(jìn)氣法池颈。多孔金屬管進(jìn)氣口模如 Fig.2 所示尾序，圖中A段為進(jìn)料段，B段為氣輔擠出段躯砰，其中B段包含1個(gè)孔徑0.5μm的粉末冶金套管每币，氣體能經(jīng)過多孔粉末冶金套管進(jìn)入到口模壁面與熔體表面之間，形成穩(wěn)定的氣墊膜層琢歇。多孔金屬管進(jìn)氣時(shí)兰怠，熔體容易將金屬管的微小進(jìn)氣孔隙堵塞，且堵塞孔隙的熔體很難清理李茫，影響后續(xù)氣墊膜層的有效形成揭保。此外，多孔金屬管進(jìn)氣口模內(nèi)氣體壓力在氣體入口與出口區(qū)域內(nèi)是相等的魄宏，而口模內(nèi)熔體內(nèi)應(yīng)力在氣體入口與出口區(qū)域內(nèi)是逐漸減小的秸侣，口模內(nèi)氣體壓力與熔體內(nèi)應(yīng)力的不平衡將影響擠出制品表面質(zhì)量，因此娜庇，此種進(jìn)氣方法目前研究較少塔次。
縫隙進(jìn)氣法口模由上、下兩部分組成名秀，上部分為傳統(tǒng)擠出段励负，下部分為氣輔擠出段，如 Fig.3 所示匕得，上继榆、下兩部分之間有δ=0.1mm的環(huán)形縫隙，下部分有一氣室汁掠，氣體先進(jìn)入氣室再由環(huán)形縫隙進(jìn)入口模略吨，在口模壁面與熔體表面之間形成穩(wěn)定的氣墊膜層】稼澹縫隙進(jìn)氣時(shí)翠忠，熔體不容易堵塞進(jìn)氣縫隙，即使堵塞乞榨，也容易清理縫隙中的熔體秽之，此外当娱，氣體壓力與熔體內(nèi)應(yīng)力都是從氣輔擠出入口處到出口處逐漸減小的，兩者容易達(dá)到平衡考榨，使得擠出物表面質(zhì)量良好跨细，因此，目前氣輔擠出相關(guān)研究中大多使用縫隙進(jìn)氣法河质。
3 圓形棒材氣輔擠出
1987年冀惭，Brzoskowski等[10]為減小橡膠擠出成型過程中口模內(nèi)橡膠熔體的流動(dòng)阻力，首次將壓縮空氣作為輔助介質(zhì)引入橡膠擠出成型掀鹅，他們采用多孔金屬管把壓縮空氣引入口模內(nèi)壁與橡膠熔體表面之間散休，形成穩(wěn)定的氣墊膜層。穩(wěn)定氣墊膜層的形成對(duì)熔體流動(dòng)起到潤滑作用淫半，大大減小了口模內(nèi)橡膠熔體的流動(dòng)阻力溃槐，降低了口模壓降，減小了橡膠的擠出脹大率科吭，同時(shí)能有效提高橡膠擠出生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。隨后猴鲫，錢百年等[12]采用多孔金屬 管進(jìn)氣法將壓縮空氣引入口模对人，對(duì)短纖維增強(qiáng)膠管擠出進(jìn)行了數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)研究，結(jié)果表明拂共，氣體輔助技術(shù)不僅能明顯降低機(jī)頭阻力牺弄，提高擠出產(chǎn)量，降低擠出膨脹程度宜狐，還能成功消除物料出口后產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)變形势告。
2001年，Liang等[13]首次采用縫隙進(jìn)氣法將氮?dú)庖敫呙芏染垡蚁?HDPE) 圓形棒材和狹縫形片材的擠出成型抚恒，實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果表明咱台，不論是圓形還是狹縫形口模，氣體輔助技術(shù)均能有效減小口模壓降和擠出脹大率俭驮，提高產(chǎn)品產(chǎn)量回溺。為驗(yàn)證口模內(nèi)氣墊膜層使熔體產(chǎn)生完全滑移流動(dòng)的假設(shè)，他們將氣墊膜層簡化成完全滑移邊界條件混萝，采用Polyflow軟件對(duì)圓形棒材和狹縫形片材進(jìn)行了二維等溫?cái)?shù)值模擬研究遗遵，數(shù)值模擬與實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果一致。此后逸嘀，黃興元[11] 以過濾后的壓縮空氣為輔助介質(zhì)车要，采用縫隙進(jìn)氣法對(duì) HDPE圓形棒材氣輔擠出進(jìn)行了系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)和理論研究，研究結(jié)果表明崭倘，與傳統(tǒng)擠出相比翼岁，氣輔擠出基本可以消除擠出脹大行為类垫，大幅降低口模壓降。肖建華[14]以HDPE登澜，PP和ABS的圓形棒材氣輔擠出為對(duì)象阔挠，研究了氣輔擠出縮小現(xiàn)象及口模入口幾何構(gòu)型和滑移段長度(即氣輔段長度) 對(duì)氣輔擠出脹大的影響，研究結(jié)果表明脑蠕，提高氣體溫度至熔體溫度购撼，可在根本上消除半固態(tài)熔膜引起的擠出縮小現(xiàn)象，而適當(dāng)降低熔體擠出溫度和采用淋浴設(shè)施相結(jié)合的方法則可消除熔垂現(xiàn)象引起的擠出縮小問題谴仙；流線型口模比非流線型口模在擠出壓力迂求、流動(dòng)速度和應(yīng)力集中等方面均有明顯優(yōu)勢；延長滑移段長度可減小擠出脹大晃跺，獲得精確的外形尺寸揩局，此外，還能降低擠出壓力掀虎，減小應(yīng)力集中凌盯，提高擠出制品表觀質(zhì)量。
4 異型材氣輔擠出
在圓形棒材成功實(shí)現(xiàn)氣輔擠出的研究基礎(chǔ)上烹玉，盧臣[15]基于Phan-Thien-Tanner (PTT) 本構(gòu)方程運(yùn)用Polyflow軟件對(duì)T形異型材氣輔擠出實(shí)現(xiàn)了三維等溫?cái)?shù)值模擬驰怎，并選用LDPE材料進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，研究結(jié)果表明二打，對(duì)于T形異型材县忌，氣體輔助技術(shù)仍能有效減小擠出脹大和口模壓降，說明氣輔擠出具有廣泛的適應(yīng)性继效，對(duì)于不同物性的材料和口模構(gòu)型均能成功實(shí)現(xiàn)氣輔擠出症杏。李萍[16]對(duì)“工”形和鋼骨架塑料復(fù)合管氣輔擠出進(jìn)行了數(shù)值模擬研究，周國發(fā)等[17]對(duì)馬鞍形異型材氣輔擠出進(jìn)行了數(shù)值模擬研究瑞信， Ren 等[7, 18]對(duì)中空方形管材和 L 形管材氣輔擠出進(jìn)行數(shù)值模擬研究厉颤，他們的研究結(jié)果一致表明，由于氣墊層的減黏降阻作用喧伞，異型材氣輔擠出過程中走芋，各偏應(yīng)力分量、切剪速率潘鲫、第一和第二法向應(yīng)力差及口模壓降均遠(yuǎn)小于傳統(tǒng)擠出翁逞，故氣輔擠出能明顯消除異型材的擠出脹大和翹曲變形，還能起到節(jié)能減耗的作用溉仑，說明氣輔擠出不僅可實(shí)現(xiàn)異型材擠出制品尺寸的精確自動(dòng)控制挖函，還能有效解決異型材擠出口模難于設(shè)計(jì)的技術(shù)難題，這對(duì)氣輔擠出的推廣應(yīng)用具有重要意義浊竟。
尹洪娜等[19]基于PTT黏彈本構(gòu)方程運(yùn)用Polyflow構(gòu)建了描述線纜包覆擠出流動(dòng)的數(shù)值模型怨喘，對(duì)線纜包覆傳統(tǒng)擠出和氣輔擠出進(jìn)行了數(shù)值模擬研究津畸，研究結(jié)果表明，與棒材和各種截面形狀異型材的氣輔擠出不同必怜，線纜包覆氣輔擠出不能消除傳統(tǒng)擠出過程中的擠出脹大肉拓，但氣輔技術(shù)仍然成功運(yùn)用于線纜包覆擠出，且能有效降低口模壓降梳庆，減小能耗暖途，還能有效降低口模出口處的剪切應(yīng)力，提高線纜包覆表面質(zhì)量膏执。
5 氣體輔助共擠出成型
為解決聚合物傳統(tǒng)共擠產(chǎn)生的擠出脹大驻售、黏性包圍和層間界面不穩(wěn)定等問題，推動(dòng)共擠技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展更米，南昌大學(xué)柳和生課題組在多年單層氣輔擠出數(shù)值模擬與實(shí)驗(yàn)研究基礎(chǔ)上欺栗，將氣體輔助技術(shù)應(yīng)用于聚合物共擠成型，并進(jìn)行了深入系統(tǒng)的研究征峦。黃益賓[9]以30mm×20mm 矩形疊層共擠為對(duì)象迟几，研制了氣輔共擠成型實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，研究了矩形疊層氣輔共擠過程中栏笆，穩(wěn)定氣墊膜層形成條件和影響因素以及各工藝參數(shù)對(duì)擠出脹大瘤旨、黏性包圍及界 面穩(wěn)定性的影響。鄧小珍[20]設(shè)計(jì)了L形截面異型材疊層和包覆氣輔共擠口模竖伯，基于PTT黏彈本構(gòu)模型建立了“氣－液－液”多相流L形異型材共擠成型機(jī)理模型，并對(duì)L形異型材疊層和包覆共擠成型進(jìn)行了深入系統(tǒng)的理論和實(shí)驗(yàn)研究因宇。陳璐璐[21]對(duì)Y形截面異型材包覆 氣輔共擠進(jìn)行了數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)研究七婴。研究結(jié)果表明，氣輔共擠能有效減小甚至消除傳統(tǒng)共擠產(chǎn)生的擠出脹大和口模外的扭轉(zhuǎn)或偏轉(zhuǎn)變形察滑，能改善黏性包圍和界面不穩(wěn)定現(xiàn)象打厘，且與物料特性無關(guān)，即氣體輔助技術(shù)能較好適應(yīng)各種聚合物物料的共擠出成型贺辰；能有效降低口模壓降户盯，在相同能耗下，氣輔共擠產(chǎn)量比傳統(tǒng)共擠大饲化，產(chǎn)量的增幅與物料黏度有關(guān)莽鸭，黏度越大增幅越大。
此外吃靠，鄧小珍等[22]還對(duì)曲線型異型材包覆氣輔共擠進(jìn)行了三維數(shù)值研究硫眨，相對(duì)傳統(tǒng)共擠，氣輔共擠制品的擠出脹大巢块、偏轉(zhuǎn)(扭轉(zhuǎn))變形現(xiàn)象以及口模內(nèi)熔體速度場礁阁、壓力場巧号、剪切速率和應(yīng)力場等的分布均與芯殼熔體的物性無關(guān)，能實(shí)現(xiàn)制品截面與口模截面保持一致姥闭，即氣輔共擠能實(shí)現(xiàn)聚合物復(fù)合制品的精密自動(dòng)成型丹鸿。
6 氣體輔助微擠出成型
近年來，隨著微/納米科學(xué)技術(shù)的蓬勃發(fā)展棚品，產(chǎn)品逐漸向小型化靠欢、微型化、精密化方面發(fā)展南片，聚合物氣輔擠出成型研究也逐漸趨于微量化掺涛，目前，公開發(fā)表文獻(xiàn)關(guān)于氣輔微擠出的研究主要集中于塑料微管的擠出成型疼进，旨在解決傳統(tǒng)塑料微管擠出過程中產(chǎn)生的離模膨脹薪缆、熔體破裂和擠出變形等固有問題。
黃楚曄[23]基于Bird-Carreau純黏本構(gòu)模型運(yùn)用Polyflow 軟件對(duì)單腔微管氣輔擠出過程進(jìn)行了有限元研究伞广，并與傳統(tǒng)微管擠出進(jìn)行了對(duì)比分析拣帽，任重等[24-26]設(shè)計(jì)了塑料單腔微管氣輔擠出口模，基于Bird-Carreau純黏本構(gòu)方程和PTT 黏彈本構(gòu)方程建立了“氣-液-氣”多相分層流動(dòng)單腔微管氣輔擠出成型機(jī)理模型嚼锄，并對(duì)單腔微管傳統(tǒng)擠出和氣輔擠出進(jìn)行了系統(tǒng)深入的理論分析和實(shí)驗(yàn)研究减拭，研究結(jié)果表明，氣體輔助技術(shù)可不受擠出物料特性和各工藝參數(shù)的影響区丑，有效消除口模內(nèi)壁拧粪、芯棒外壁及口模出口處塑料熔體的剪切應(yīng)力和第一法向應(yīng)力，從而克服傳統(tǒng)微管擠出中由剪切應(yīng)力和第一法向應(yīng)力引起的擠出脹大沧侥、熔體破裂和扭曲變形等缺陷可霎，有效提高微管表面光潔度和透明度。Ren[27]對(duì)內(nèi)外半徑分別為1.5mm 和1.8mm的四腔微管氣輔擠出進(jìn)行了數(shù)值模擬宴杀，結(jié)果表明癣朗，氣輔擠出中熔體的徑向速度、口模壓降旺罢、剪切速率和第一法向應(yīng)力差趨于零值旷余，而熔體軸向速度均勻一致，這有利于消除擠出脹大扁达，實(shí)現(xiàn)四腔微管精密擠出成型正卧。
李福成[28]研究了醫(yī)用雙腔和五腔導(dǎo)管擠出流動(dòng)行為，研究結(jié)果表明罩驻，氣體輔助技術(shù)可使多腔導(dǎo)管擠出過程中的剪切變形速率和第二法向應(yīng)力差趨于零值穗酥，從而消除徑向二次流動(dòng)，達(dá)到調(diào)控醫(yī)用多腔導(dǎo)管擠出脹大和橢圓度誤差的目的，實(shí)現(xiàn)多腔導(dǎo)管的精密擠出成型砾跃。陳思維[29]選用醫(yī)用級(jí)TPU為擠出材料骏啰，氮?dú)鉃檩o助介質(zhì)，進(jìn)行了直徑為1mm的細(xì)絲氣輔擠出實(shí)驗(yàn)研究和CAE理論分析抽高，研究結(jié)果表明判耕，在適宜的工藝條件范圍內(nèi)，醫(yī)用級(jí)TPU細(xì)絲氣輔擠出能有效降低擠出口模內(nèi)的壓力降和第一法向應(yīng)力差翘骂，能有效消除細(xì)絲傳統(tǒng)擠出產(chǎn)生的擠出脹大壁熄，減小擠出過程的功耗，還能有效改善擠出物表觀質(zhì)量碳竟。周友明[30]研制了直徑1 mm的細(xì)絲氣輔擠出機(jī)頭和內(nèi)外直徑分別為1.4 mm和2.0mm的單腔微管擠出機(jī)頭草丧，選用熱塑性彈性體TPE為擠出材料，氮?dú)鉃檩o助介質(zhì)莹桅，進(jìn)行了系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)研究昌执，結(jié)果表明，細(xì)絲擠出過程中诈泼，氣體輔助能有效減小擠出脹大率懂拾，對(duì)制品表面粗糙度也有較大的改善作用，但對(duì)制品拉伸強(qiáng)度沒有明顯改善铐达；單腔微管擠出過程中岖赋，采用內(nèi)外雙層氣輔比采用內(nèi)層(單層)氣輔擠出效果要好，在合理的工藝條件下瓮孙，采用內(nèi)外雙層氣輔擠出可實(shí)現(xiàn)TPE單腔微管的精密擠出成型唐断。王嫘等[31, 32]在對(duì)縱向單通道和三通道矩形微管擠出研究中發(fā)現(xiàn)，引入氣體輔助技術(shù)可有效抑制矩形微管寬度方向的離模膨脹杭抠，同時(shí)減小中央通道的長寬比栗涂，使注氣壓差較大時(shí)的通道均勻性高于傳統(tǒng)擠出。
7 氣墊膜層研究
不論是單層擠出還是多層共擠祈争，穩(wěn)定氣墊膜層的形成是成功實(shí)現(xiàn)氣輔擠出的關(guān)鍵，因此角寸，研究氣輔擠出離不開對(duì)氣墊膜層的研究菩混。實(shí)驗(yàn)研究表明，氣體壓力扁藕、氣體溫度和氣墊層厚度對(duì)擠出成型過程和擠出物表面質(zhì)量均有較大影響沮峡，如Fig.4和Fig.5所示(熔體壓力為0.1 MPa，熔體溫度為190℃)亿柑，在其他工藝條件相同時(shí)邢疙，當(dāng)氣體壓力和溫度與熔體壓力和溫度接近時(shí)，較容易形成穩(wěn)定的氣墊膜層，此條件下擠出的產(chǎn)品表面質(zhì)量最佳疟游，在其他氣體壓力和溫度范圍內(nèi)也能形成氣墊膜層呼畸，但所形成的氣墊膜層容易受外界因素影響而遭破壞，且擠出產(chǎn)品表面質(zhì)量欠佳颁虐。
理論研究方面蛮原，早期的研究在構(gòu)建描述氣輔擠出流動(dòng)行為的機(jī)理模型時(shí)，均將口模壁面與熔體表面間的氣墊膜層簡化成完全滑移邊界條[13, 33]另绩，這無法從理論上揭示氣墊膜層對(duì)聚合物擠出成型的影響機(jī)理儒陨。為從理論上分析氣墊膜層對(duì)擠出成型的影響，鄧小珍等[34, 35]將氣體簡化為廣義牛頓流體作為獨(dú)立流動(dòng)層構(gòu)建了L形截面異型材“氣-液-液”共擠成型 三維黏彈機(jī)理模型笋籽，進(jìn)行了較為全面的理論研究蹦漠，并與將氣體層簡化為完全滑移邊界條件 的理論研究結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比分析，結(jié)果表明车海，口模內(nèi)氣體入口設(shè)在兩熔體匯合后3~5mm處可有效解決復(fù)合制品界面結(jié)合處容易產(chǎn)生氣槽的問題笛园；在形成穩(wěn)定氣墊膜層的氣壓范圍內(nèi)，較薄的氣墊層厚容劳、較小的氣體壓力和較大的熔體流率有利于保證復(fù)合制品尺寸精度和產(chǎn)品質(zhì)量喘沿；將氣墊層作為獨(dú)立流動(dòng)層和簡化為完全滑移邊界條件兩種不同情況，其速度竭贩、壓力蚜印、應(yīng)力和溫度等流場分布基本一致，但口模出口端面熔體邊界形貌略有不同留量，結(jié)合實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證結(jié)果窄赋，將氣墊層作為獨(dú)立流動(dòng)層適合于氣體工藝參數(shù)對(duì)擠出成型流場分布影響的研究，而研究氣體輔助技術(shù)對(duì)熔體邊界和層間界面形貌影響時(shí)楼熄，可將氣體層簡化成完全滑移邊界條件構(gòu)建機(jī)理模型忆绰。
任重等[36]基于氣體的可壓縮性，建立了方形截面型材“氣-液”兩相流模型可岂，進(jìn)行了非等溫黏彈有限元分析错敢，結(jié)果表明，氣體壓力對(duì)聚合物熔體擠出具有較大影響缕粹，氣體壓力越大稚茅，熔體的速度、壓力平斩、法向應(yīng)力差和形貌收縮程度等均顯著增大亚享，因此，若為提高擠出產(chǎn)量绘面，可適當(dāng)增大氣體壓力欺税，但為保證產(chǎn)品形貌和尺寸精度侈沪，在成功實(shí)現(xiàn)氣輔擠出前提 下，應(yīng)盡量降低氣體壓力晚凿。劉同科等[37-39]建立了內(nèi)外雙層氣墊作用的“氣-液-氣”微管擠出機(jī)理模型亭罪，進(jìn)行了有限元數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)研究，研究結(jié)果表明晃虫，在口模出口處皆撩，由于外氣墊層氣體進(jìn)入大氣，瞬間減壓哲银，此時(shí)微管內(nèi)層氣壓大于外層氣壓扛吞，因內(nèi)氣墊層氣體對(duì)微管的擠壓作用而產(chǎn)生的第一法向應(yīng)力差使得微管壁厚變薄，管徑增大荆责，他們采用將內(nèi)氣墊 層壓力先由小調(diào)大滥比，再由大調(diào)小的方法快速形成微管內(nèi)外雙層穩(wěn)定氣墊膜，繼而實(shí)現(xiàn)塑料微管尺寸的精確控制做院，羅成等[40]則采用在芯棒上開設(shè)排氣孔的方法來解決微管離開口模后產(chǎn)生壁厚變薄和管徑增大的問題盲泛。
江詩雨等[41, 42]運(yùn)用理論和實(shí)驗(yàn)方法研究了4 mm×15mm片材水平方向氣輔擠出過程中上下氣墊膜層厚度對(duì)成型的影響，研究結(jié)果表明键耕，片材上下層氣墊膜采用不同的厚度(上層0.25 mm寺滚、下層0.75 mm)可改善口模出處口熔體容易下垂的現(xiàn)象，且當(dāng)氣體入口壓力為0.1 MPa時(shí)屈雄，擠出質(zhì)量最佳村视，片材扁平透明，此外酒奶，將氣墊層作為獨(dú)立流動(dòng)層構(gòu)建的“氣-液”片材機(jī)理模型可很好的研究氣墊層各工藝參數(shù)對(duì)熔體流場分布情況和擠出物輪廓的影響規(guī)律蚁孔。
8 結(jié)束語
聚合物氣輔擠出成型是21世紀(jì)初發(fā)展起來的一種新型加工方法，因其廣泛的適應(yīng)性惋嚎、獨(dú)特的加工優(yōu)勢和良好的發(fā)展前景杠氢，該技術(shù)受到聚合物加工領(lǐng)域研究者的廣泛關(guān)注。國內(nèi)外研究者對(duì)氣輔擠出開展了大量的研究工作另伍，取得了豐碩的究成果鼻百，前期研究工作主要集中在宏觀尺寸的氣輔單層擠出和雙層共擠成型，近年來摆尝，隨著微納米科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展愕宋，氣輔擠出研究工作也逐漸向微擠出方向發(fā)展，現(xiàn)階段的氣輔擠出研究工作主要聚焦于醫(yī)用微管的精密擠出成型及氣墊膜層對(duì)擠出成型的影響機(jī)理结榄，研究內(nèi)容側(cè)重于氣體輔助技術(shù)對(duì)制品外觀形貌和表面質(zhì)量的影響，尚未涉及對(duì)制品微觀結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能及光學(xué)性能的影響囤捻，這有望成為未來的研究趨勢臼朗。
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