Page 79 - 《橡塑技术与装备》2022年12期

理论与研究
分布变化情况。任的课题组进行了气体辅助聚合物挤
出实验，如图 2 所示，观察不同气压下气辅挤出实验
的结果。
图 2 不同气体入口压力下气辅挤出实验结果
从实验结果可以得到气体压力对熔体挤出形貌具
有显著地影响。当气体压力约为 0.1 MPa 时，能建立
稳定的气体层，且挤出熔体没有发生胀大或收缩的现
象 ; 而随着气体压力的增大，熔体表面逐渐出现凹凸
不平的现象 ; 当气体压力继续增大到一定值时，熔体
不能稳定挤出，甚至出现了被压缩气体冲破的现象。
从该实验中可以得知，在实际气辅挤出成型中，
为了提高挤出产量，可以适当加大气体压力，但是为
了避免熔体产生形变，在保证气体层稳定的前提下，
又应该尽量降低气体压力。因此，在实际应用中需要
合理地设置好气体压力参数。
同时，任重 [8] 等人还发现，辅助气体的气体流量
大小也会影响挤出形变。在通过有限元法数值分析后，
他们发现随着内辅气体流量的增大，塑料微管内腔变
得越来越大，导致了内腔的吹胀现象。当内辅助气体
流量继续增加时，数值计算不收敛，说明塑料微管内
腔发生了爆裂。而外辅气体的气体流量的增加则会导
致塑料微管的挤出内陷现象，并且随着外辅助气体流
量的增加，塑料微管的挤出内陷现象越来越严重。因
此在保证内部气体辅助层稳定建立的前提下，辅助气
体的流量应尽可能小，合理的辅助气体流量是塑料微
管气辅挤出过程中非常重要的工艺参数。
经 过试 验 他 还发 现， 不仅 仅 是 气体 的 长 度和 流
量大小，辅助气体的宽度也会对塑料管气体辅助挤出
年
2022 第 48 卷
黄水华 等·气体辅助技术对聚合物共挤成型的影响
成型产生影响。为了探究俩者具体的研究关系，他们
基于两相流体模型建立了塑料管气体辅助挤出成型的
二维模型。在几何模型中，使用了四种不同宽度的气
层。在设定了边界条件和材料参数后，利用有限元软
件 polyflow 对气体层宽度对塑料管材挤压成形的影响
进行了数值模拟。实验中，分别将气层宽度分别设置
为 0.125 mm、0.25 mm、0.5 mm 和 1 mm。在相同的
气体入口压力下，得到熔体与气层入口界面的熔体流
动速度，数值结果表明，随着气体层宽度的增加，熔
体流动速度都增加 [9] 。气体辅助挤出成型塑料管材的
稳定性和表面质量均容易受到较大宽度气体层的影响。
因此，研究结果表明合理的气层宽度也是影响塑料管
气辅挤出成型的重要因素之一。
在 塑料 微 管 气体 辅 助挤 出 过 程中， 熔 体 体积 流
量、熔体温度、模具结构、辅助气体流量、温度等因
素均会影响挤出塑料微管的质量。任重 [10] 认为到目前
为止，虽然有学者报道了一些关于气体温度对聚合物
熔体气体辅助挤出成型的影响的研究，但是尚未见关
于气体温度对塑料微管气体辅助挤出中熔体黏度和流
动速度影响的研究报道。因此，任重利用有限元软件
Polyflow 进行了相应的模拟和数值分析，借此研究辅
助气体温度对塑料微管气体辅助挤出成型的影响。经
过研究得到了不同气体温度下熔体黏度、流速和压力
的变化，以此为数据依据研究了气体温度对塑料微管
流动和成形情况的影响机理。实验数值结果表明，随
着气体温度的升高，熔体在模槽径向的黏度降低。然
而，在模具通道的轴向上，不同气体温度下熔体的黏
度变化不同。熔体的流动速度随气体温度的升高而增
大。因此，任重认为在实际应用中，辅助气体的温度
应与熔体温度相匹配或高于熔体温度，这样可以改善
熔体的流动行为，并且可以提高塑料微管气体辅助挤
出成型的稳定性。
同时在气辅共挤技术中，不仅气体的压力会影响
最终的挤出成型物，研究表明辅助气体的长度也会对
此有所影响，WAN [11] 等人经研究表明，气层的长度
是影响气辅技术的挤出效果的重要因素之一。为此，
他们设计研究最佳气体长度、气体长度对聚合物熔体
流动行为和挤出效果的影响。
虽然气辅技术能很好的地克服挤出物熔体膨胀、
熔体断裂和挤出变形现象，但他认为，气体长度过短，
挤出问题可能不会被消除。为了研究气体长度对熔体
挤出物膨胀率的影响，他们测试了从 0 到 20 mm 的不
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