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目前,利用超临界CO2(SCCO2)进行连续挤出发泡是微孔塑料领域中的热点。气泡长大阶段直接影响发泡制品的结构和性能,对气泡的最终大小和形态起着决定性的作用,所以气泡长大阶段非常重要。因此,对微孔塑料挤出成型成核位置及气泡长大过程进行数值模拟研究很有意义,这对推动微孔塑料的研究和应用很有益处。本文对PS/CO2微孔塑料挤出成型成核位置及气泡长大过程进行了数值模拟研究。
基于气泡长大的细胞模型,考虑了PS/CO2两相密度和粘度的影响,并编制了相应的函数计算模块,导入Polyflow软件中,进行了宏观流场与气泡长大微观过程耦合的数值模拟。模拟计算得到的最终气泡平均半径与实验数据吻合良好,验证了气泡长大过程模拟方法的可靠性。模拟结果表明,PS/CO2体系压力沿挤出方向呈非线性下降,并且压力梯度逐渐变小,与实验得到的压力变化规律一致。
利用CO2在PS熔体中的溶解度实验数据进行拟合,得到了Henry系数与温度的关系式。在温度(100℃~200℃)和压力(0~20MPa)范围内,Henry定律能够准确表征CO2在PS熔体中的溶解度。对PS/CO2微孔塑料挤出成型进行非等温模拟,结合Henry定律预测气泡成核位置,与采用S-L状态方程预测的成核位置基本吻合,间接验证了Henry定律的可靠性。模拟结果表明,毛细管口模中靠近壁面处先成核,而口模中心区后成核。
将气泡长大过程的流场与气泡成核位置计算耦合,采用迭代计算法,进行了气泡长大过程的数值模拟,模拟结果表明,耦合计算得到的最终气泡平均半径与实验结果吻合较好,通过耦合计算得到的成核位置更准确。