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Ludovic双螺杆挤出工艺仿真-玻璃纤维长度预测案例

玻纤增强热塑性复合材料因其机械强度高、质轻、耐腐蚀和良好的可塑性等优点被广泛应用。其中玻纤长度是影响聚合物基复合材料强度的核心参数之一。Ludovic内置纤维断裂模型,通过建立纤维断裂矩阵来模拟纤维长度的演变。具体而言,首先通过软件计算结果(停留时间、剪切速率等)确定不同长度的玻璃纤维的断裂速率(单位时间内的断裂概率)。同时通过局部断裂概率分布,确定玻璃纤维断裂后生成的较短纤维的长度概率。最终,通过求解断裂矩阵方程组,迭代更新沿挤出机的玻璃纤维长度分布,从而实现对玻璃纤维长度分布的预测。具体案例如下。

本案例模拟PA和玻璃纤维在双螺杆挤出机的混合挤出工艺,采用“玻纤挤出”模型预测玻璃纤维在不同螺纹元件处的玻纤长度分布。

步骤一 建模及工艺条件

本案例中挤出机有两个喂料口,第一个喂料口进PA;第二个喂料口进PA+玻纤,具体模型如下。

图1 模型图
步骤二 定义材料

PA


图2 软件材料数据库


热物性参数:

图3 PA材料热物性参数

流变曲线:

图4 PA材料流变曲线

玻纤:

材料参数:

图5 玻纤材料属性

步骤三 玻纤挤出模型设置

图6 玻纤模型设置
图7 玻纤初始长度分布
步骤四 求解计算
图8 计算界面
步骤五 后处理


图9 玻纤进料口处螺纹元件玻纤长度分布
(黄色:初始纤维长度分布。绿色:当前元件最终纤维长度分布。红色圈:当前元件。)
图10 玻纤长度分布
图11 玻纤长度分布
从上图可以看出,玻璃纤维在通过剪切元件后长度变短,最终产品内玻纤长度在98-590μm之间分布。

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