Page 49 - 《橡塑技术与装备》2017年10期（5月塑料）
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工艺与设备                                                       邓小珍 等·聚合物微挤出成型工艺研究进展


              助的效果优于振动和润滑效果，相关气辅挤出的实验                           由于分子结构的不同，在相同尺寸的微流道中，PS 熔
              及模拟研究     [15~19]  表明，因在熔体表面和口模壁面间形               体 在微 流 道中 黏 度值 的 减小 幅 度 要小 于 POM 熔 体，
              成的稳定气垫膜层，大大减小了熔体与口模壁面间的                           但 PS 熔体在微流道中更容易产生壁面滑移。黄伟等                   [24]
              黏附力和口模内熔体的压力降，气辅挤出能基本消除                           在实验的基础上分析了聚酰胺（PA）12 双腔医用导管
              挤出胀大、翘曲变形等缺陷，继而明显改善聚合物挤                           挤出过程中机头温度、螺杆转速、牵引速率和注气流
              出制品质量。                                            量对导管截面形状精度的影响，得到了双腔医用导管
                                                                挤出成型过程中最适宜的机头温度、螺杆转速、牵引
              2 聚合物微挤出成型工艺                                      速度和注气流量。李凯          [25]  通过 Rosand  RH7D 型毛细
                  目前，产品的微型化已呈现出蓬勃发展的趋势，                         管流变仪，研究了聚氨酯的流变特性，同时运用流体
              聚合物挤出制品向微型化方向转变的趋势不可避免，                           分析软件 POLYFLOW 进行了微挤出流动过程的数值
              学者们对聚合物挤出成型技术的研究也由宏观向微观                           分析，并在数值分析的基础上设计了单腔微管和双腔
              悄然发生转变。然而，在微挤出成型过程中，由于微                           微管的挤出模头。徐斌等           [26]  在分析聚合物熔体的壁面
              尺度效应（Micro  Scale  Effect）的影响，宏观的工艺               滑移机理和微通道中尺度效应对壁面滑移影响的基础
              参数、结构参数、物理参数等不能简单地按几何比例                           上，建立了微通道的壁面滑移模型，并通过数值模拟
              缩小进行应用，诸如壁面滑移、表面张力、对流换热、                          的方法，计算出了直径为 0.5  mm 的微通道中在不同
              黏性耗散、熔体本身的黏弹性等一些宏观挤出中可以                           剪切速率下的滑移速度和压力降。
              忽略的影响因素，在微尺度效应下将变得不可忽视，                               2009 年，H. Wang 等   [27]  利用毛细流变仪研究了
              甚至成为影响微挤出成型的主要因素                [20~21] 。因此，研     三叶形和椭圆形截面形状微流道中纤维级聚丙烯（PP）
              究微尺度效应下材料物性、工艺条件、口模构型等对                           熔体的流动行为，研究结果表明，通过微流道成型的
              微流道内外聚合物熔体物理场量（如速度场、压力场、                          制品截面形状与微流道的截面形状偏差较大，制品截
              温度场、应力场、剪切速率等）的分布及变化规律，                           面尺寸随着挤出速度和口模温度的增大而增大，随着
              进而获取影响聚合物微挤出制品质量的主要因素及规                           牵引速度的增大而减小，研究还发现，成型过程中的
              律，是当前聚合物加工成型领域的研究热点之一。                            水冷有利于改善制品形状尺寸。傅志红等                   [28]  利用解
                  2005 年，G. Hetsroni 等  [22]  研究了直径在 15~4 010 μm  析法和数值模拟法研究了三叶形截面微流道中聚合物
              范围内，圆形、矩形、三角形、梯形等截面微流道中                           熔体的流动行为，结果表明，影响形变的因素主要是
              流体的流动行为和热传递现象，研究结果表明，微流                           表面张力和挤出膨胀，其中表面张力是影响形变的主
              道的长径比和流体的雷诺数是影响流体热传递的主要                           要因素，而挤出膨胀是影响尺寸的主要因素。唐俊等
                                                                [29]
              因素，而一定量的热量耗散将导致流体产生不稳定流                              建立了考虑熔体弹性的壁面滑移模型，并以 PS 材
              动，但 G.  Hetsroni 等没有讨论流体的速度波动对层                   料为例，对所建滑移模型进行了数值模拟，模拟结果
              流和湍流的影响。W.  B. Young       [23]  研究了聚合物熔体         表明，随着通道特性尺寸的减小，壁面滑移有利于减
              在具有微结构型腔中的流动行为，并提出了一种简化                           小熔体的流动阻力，增大流动速度，研究结果还表明，
              的二维数值模型，用于估算聚合物熔体在微流道中的                           熔体弹性作用对微通道中流动行为的影响不可忽视。
              填充能力，并显示填充能力与成型工艺和型腔几何结                               2010 年和 2011 年，F.  Baldi 等  [30]  利用毛细管流
              构之间的关系，虽然 W.  B. Young 提出的二维模型能                   变仪研究了挤出工艺参数（熔体流率和温度）对高密
              较好的显示聚合物熔体在具有微结构型腔中的填充能                           度聚乙烯（HDPE）熔体不稳定流动的影响，研究结
              力与成型工艺和型腔几何结构的关系，但用二维模型                           果表明，熔体流率对 HDPE 熔体的不稳定流动有较大
              指导实际中三维模具的设计必然会存在一定的局限性。                          影响，但对挤出压力影响不明显，熔体温度则对挤出
                  2008 年，C. S. Chen 等  [20]  研究了聚甲醛（POM）        压力有明显影响。D.  Zhao 和金翼飞等            [21~31]  利用毛细
              和聚苯乙烯（PS）熔体在微流道中的流变行为，结果                          管流变仪研究了 PP、HDPE、PS 和 PMMA4 种聚合
              表明，在 150  μm 的微流道中，POM 熔体的黏度值约                    物熔体在微挤出过程中的壁面滑移速度，并基于缠
              为传动毛细流变仪中测得黏度值的 29%~35%，研究                        结 - 解缠结理论建立了全新的壁面滑移模型，根据新
              还发现，微流道尺寸越小， POM 熔体的黏度值也越小，                       的壁面滑移模型，运用 POLYFLOW 有限元分析软件

              2017     第   43 卷                                                                      ·29·
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