带金属骨架的聚合物共挤成型关键技术研究.pdf

摘要

共挤成型方法在聚合物加工领域有着广泛的应用，主要用于复合板材、管材、薄膜

和异型材的成型。在共挤成型过程中加入金属骨架可使聚合物制品具有更高的强度、稳

定性和耐用性，为制品增加了多方面的优势。加入金属骨架对共挤制品层厚的准确性和

均匀性会产生影响，其主要影响因素包括复合界面偏移和挤出胀大。

基于有限元数值模拟技术，使用Polyflow仿真软件对带有金属骨架的三层板材共挤

成型和带有金属骨架的复合橡胶密封条共挤成型过程进行了研究，探讨了工艺参数、材

料参数、结构参数对产品界面偏移和挤出胀大的影响规律。以实际的汽车三角窗密封条

机头为例，建立了整个流道模型进行数值模拟，并通过实际的挤出试验验证了仿真结果

的可靠性。具体研究内容包括：

首先，针对带有金属骨架的三层板材共挤二维模型，采用有限元分析软件Polyflow

对两种聚合物熔体的三层共挤成型进行了数值模拟。分析了内外层入口流率比、内外层

熔体零剪切黏度比以及流道压缩角对界面偏移和挤出胀大的影响规律。结果表明，随着

内外层入口流率比的增大，成型段和自由射流段的复合界面均向共挤制品的表面移动，

挤出胀大也随之增大。随着内外层熔体零剪切黏度比的增大，界面偏移和挤出胀大均随

之减小。流道压缩角对界面偏移和挤出胀大的影响较小。

其次，在二维等温三层板材共挤成型的基础上，以带有金属骨架的复合橡胶密封条

为研究对象，建立了简化的矩形三维非等温模型，并对其进行了数值模拟。分析了入口

流率比、金属骨架移动速度、零剪切黏度比、成型段长度以及壁面滑移系数对界面偏移

和挤出胀大的影响规律。结果表明，入口流率比对界面偏移和挤出胀大的影响效果最大，

即其中一侧熔体的入口流率不断增加，复合界面向另一侧的偏移量增大。两侧熔体的挤

出胀大比同时增大，总胀大比也随之增加。随着壁面滑移系数的增加，挤出后产品的形

变越来越大。其它参数对界面偏移和挤出胀大的影响较小。使用多材料法与运动界面法

进行对比验证，将多材料法中的复合界面设置为0.5时，其最终界面位置与运动界面法

中的界面位置保持一致。

最后，以实际生产中的汽车三角窗密封条机头为例，建立了整个流道的几何模型。

基于流动平衡原理，对共挤过程中的入口流率进行优化设计。将优化后的入口流率通过

实际的挤出试验进行验证，试验结果符合生产要求。为优化带有金属骨架的共挤成型工

艺提供了理论支持和试验指导，具有一定的理论和实际意义。

关键词：共挤成型；金属骨架；Polyflow；界面偏移；挤出胀大

Abstract

Thecoextrusionmoldingmethodhasawiderangeofapplicationsinthefieldofpolymer

processing,mainlyusedforthemoldingofcompositesheets,pipes,films,andprofiles.Adding

ametalskeletonduringcoextrusionmoldingcanenhancethestrength,stability,anddurability

ofpolymerproducts,addingvariousadvantagestotheproducts.Theadditionofametal

skeletoncanaffecttheaccuracyanduniformityofthelayerthicknessofcoextrudedproducts,

withthemaininfluencingfactorsincludingcompositeinterfacedisplacementandextrusion

swelling.

Basedonfiniteelementnumericalsimulationtechnology,Polyflowsimulationsoftware

wasusedtostudythecoextrusionprocessofthree-layersheetwithmetalskeletonand

composit