Uogólniony model uplastyczniania tworzyw polimerowych w procesie wytłaczania

Przedstawiono uogólnioną metodę modelowania uplastyczniania tworzyw polimerowych w procesie wytłaczania, niezależną od sposobu wytłaczania i niewymagającą znajomości mechanizmu uplastyczniania. Proponowana metoda polega na modelowaniu przepływu dwufazowego (płyn/ciało stałe) jako przepływu jednofazowego, w którym materiał występuje w stanie stałym lub płynnym, w zależności od warunków przepływu. Zastosowano równanie reologiczne Crossa-WLF (Williamsa-Landela-Ferry’ego), umożliwiające zdefiniowanie tworzywa w stanie stałym jako płynu o dużej lepkości, natomiast tworzywa w stanie uplastycznionym jako płynu o małej lepkości. Zagadnienie rozwiązywano w odniesieniu do wytłaczania jednoślimakowego, z założeniem przepływu nienewtonowskiego, trójwymiarowego, nieizotermicznego, z zastosowaniem narzędzi obliczeniowej mechaniki płynów (ang. CFD, Computational Fluid Dynamics). Przebieg uplastyczniania był definiowany przez rozkład temperatury płynu, wyznaczający obszar ciała stałego i obszar płynu.

A procedure of general modeling of polymer melting in extrusion process has been presented. The procedure is independent on the type of extrusion, and does not require any knowledge of melting mechanism. The procedure involves modeling the two-phase flow (fluid/solid) as a single-phase flow in which the material, depending on the flow conditions, is solid or fluid. Cross-WLF rheological model has been used, which defines the solid polymer as a high viscosity fluid, while the polymer melt as a low viscosity fluid. The problem has been solved for single screw extrusion process as a three-dimensional, non-isothermal, non-Newtonian flow using CFD (Computational Fluid Dynamics) software. Melting progress is defined by the temperature distribution which determines the regions of solid and fluid.