异形医用双腔导管挤出离模膨胀变形机理与调控(4)
图21 传统与气辅成型二次流动强度对比曲线Fig.21 Comparison curve of secondary flow strength between traditional and gas-assisted molding
图22为气辅与传统挤出成型异形医用双腔导管最终截面形状对比分析图,绿色为传统挤出成型截面形貌,实线为口模出口形貌,蓝色为气辅挤出成型截面形貌,研究结果表明异形医用双腔导管气辅精密挤出成型可以消除传统挤出成型的离模膨胀变形和椭圆度误差,确保了异形医用双腔导管挤出成型的尺寸和形貌的精度控制要求。
图22 气辅与传统挤出成型最终截面形状对比图Fig.22 Comparison of the final cross-sectional shape of gasassisted and traditional extrusion molding
南昌大学任重[5]成功研发了微型圆管的气辅挤出口模,实现了微型圆管的气辅挤出成型。实验表明,医用导管气辅挤出成型能有效消除其离模膨胀变形。而对于异形医用双腔导管的气辅挤出成型的技术关键是管壁内表面难以通过分流锥注气方式形成稳定均匀的气垫,作者采用阵列微观结构的超疏性滑移界面,通过熔体与阵列微观结构超疏性滑移界面接触形成的闭塞空气[17],实现熔体内壁表面滑移,解决了异形医用多腔导管内壁面熔体滑移的瓶颈问题,相关实验研究另文发表。
4 结论
(1)异形医用双腔导管传统挤出成型的离模膨胀比随着熔体松弛时间和熔体体积流量增大而增加,当松弛时间由0.2 s增至1.0 s时,其离模膨胀比增幅为47%;当熔体体积流量从8.4×10-10m3/s增至4.2×10-9m3/s时,其离模膨胀比增幅为36.5%;
(2)异形医用双腔导管传统挤出成型离模膨胀诱发的径向运动位移沿外表面环线呈不均匀分布,导致传统挤出成型的异形医用双腔导管会出现椭圆度误差,其最大椭圆度误差高达6.3%;
(3)研究发现离模膨胀变形是由径向二次流动驱动所产生,熔体松弛时间和体积流量增大会诱发熔体的第二法向应力差增大,而第二法向应力差是产生径向二次流动的直接驱动力,熔体松弛时间和体积流量是通过改变第二法向应力差来调控离模膨胀变形;
(4)异形医用双腔导管的气辅精密挤出成型基本可以消除熔体的第二法向应力差,必然消除了挤出成型过程的径向二次流动,从而实现了异形医用双腔导管精密控形。
[1] 朱常委.多腔精密医用导管挤出胀大机理及机头数字化设计的理论研究[D].北京:北京化工大学,2008.
[2] 陈智勇.聚合物三腔微管的挤出机头设计及成型工艺条件研究[D].北京:北京化工大学,2015.
[3] 刘 磊.小截面聚合物管材挤出实验及数值模拟研究[D].南昌:南昌大学,2016.
[4] 黄楚晔.气辅微管挤出数值模拟与模具设计[D].南昌:南昌大学,2016.
[5] 任 重.塑料微管气辅挤出成型理论及实验研究[D].南昌:南昌大学,2017.
[6] 肖 兵,邓小珍.壁面滑移对微管挤出成型的影响分析[J]. 塑料工业,2015,43(12): B,DENG X Analysis of Wall Slipping on Microtubule-extrusion Molding[J].China Plastics Industry,2015,43(12):60-63.
[7] JIN G B,WANG M J,ZHAO D Y,et and Experiments of Extrusion Die for Polypropylene Five-Lumen Micro Tube[J].Journal of Materials Processing Technology,2014,214(1):50-59.
[8] TIAN H Q,ZHAO D Y,WANG M J,et al.Study on Extrudate Swell of Polypropylene in Double-Lumen Micro Profile Extrusion[J].Journal of Materials Processing Tech,2015,225:357-368.
[9] ZHOU S L,HOU L.A Weighted Least-Squares Finite Element Method for Phan-Thien-Tanner Viscoelastic Fluid[J].Journal of Mathematical Analysis and Applications,2016,436(1):66-78.
[10] 钟 磊,梁基照.高密度聚乙烯熔体拉伸流动特性分析[J].华侨大学学报(自然科学版),2010,31(2): L,LIANG J of Elongation Flow Properties of High Density Polyethylene Melt[J].Journal of Huaqiao University(Natural Science),2010,31(2):149-152.
[11] LI Y K,ZHENG Z Y,ZHANG H N,et Study on Secondary Flows of Viscoelastic Fluids in Straight Ducts:Origin Analysis and Pparametric Effects[J].Computers & Fluids,2017,152(18):57-73.
[12] 邓 腾,周国发,阳培民.法向应力差诱导黏弹性多相分层流动界面变形的机理[J].中国塑料,2018,32(8): T,ZHOU G F,YANG P of Normal Stress Difference Induced Interfacial Distortion for Viscoelastic Multiphase Stratified Flows[J].China Plastics,2018,33(8):79-85.
[13] 周国发,王梅媚,张 宇.聚合物多相分层流动黏弹性包围机制的数值模拟[J]. 复合材料学报,2014,31(6): G F,WANG M M,ZHANG Simulation on Mechanism of Viscoelastic Encapsulation in Polymer Multiphase Stratified Flows[J].Acta Materiae Compositae Sinica,2014,31(6):1 618-1 625.
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