微管挤出成型过程的计算机模拟研究

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当今时代,医学技术越来越发达,对高技术含量、高附加值的医用导管的需求越来越广泛,而且由于某些聚合物材料优良的生物相容性、良好的力学性能、适当的柔软性、良好的润滑性等特点,使得塑料微管较橡胶、金属微管在医学界得到更多的应用。医用塑料微管的生产主要依靠挤出成型,根据所需导管截面形状的不同更换不同的口模,便可成型特定形状的微管,比如单腔、双腔异型、双孔异径,甚至是多腔等各种形状的微管。微管挤出成型是一个非常精密复杂的过程,工艺参数的精确调试是成型高质量微管的关键。目前,随着计算机技术的不断发展,对挤出成型过程的研究,逐渐从传统的依靠经验反复修模、试模,反复调试工艺,发展到利用CAE软件模拟仿真挤出过程,可以计算出流体在口模内的流动情况、熔体离开口模后的挤出胀大以及工艺参数的调试范围等,这样把实际挤出中的反复过程放在计算机虚拟的挤出环境下进行,可以大大减小人力、财力,并且可以提高成功率。本文基于传热学理论对定型冷却过程进行温度场计算,并采用大型有限元流体动力学软件Polyflow对挤出机头流道、挤出胀大、注气胀大以及挤出工艺进行计算模拟,以挤出期望管径值(直径1.6mm,壁厚0.15mm)的微管为目标,探索与之匹配的工艺参数,最后对该工艺参数进行试验验证。首先进行预试验,通过大量的试验研究各工艺参数对挤出过程的定性影响,并对试验中经常出现的流变现象进行理论分析,为后续研究奠定基础;另外基于传热学及流变学理论,对微管成型定型冷却过程进行温度场的数值计算,求出流体经过口模以后的温度分布,以及流体离开口模后在空气中自由冷却的时间和长度。接着利用Polyflow软件对熔体在机头压缩段和定型段流场进行分析,根据熔体在挤出过程中的速度、压力分布对理论模型进行修正,确定合理的分析模型;采用等温/非等温计算挤出胀大、注气胀大,判断熔体离开口模后与空气的换热过程对胀大行为的影响,并探求试验中注气参数的设置范围。最后,对挤出过程进行工艺仿真,主要研究壁面滑移、挤出流量、注气压力以及牵引速度对挤出过程及挤出制品尺寸的单一影响及综合影响,针对特定尺寸的微管探求最佳匹配的工艺参数,通过挤出试验进行验证,并对实验与模拟结果的偏差进行理论分析。
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