李 霞,田海港,董亞?wèn)|,張三川
(鄭州大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院,河南 鄭州 450001)
超聲塑化非晶聚合物顆粒界面摩擦生熱的仿真研究
李 霞,田海港,董亞?wèn)|,張三川
(鄭州大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院,河南 鄭州 450001)
為分析超聲塑化非晶聚合物顆粒的界面摩擦生熱過(guò)程和超聲塑化參數(shù)對(duì)界面摩擦生熱速率的影響,利用 LS-DYNA程序和Ansys仿真模擬了界面摩擦生熱過(guò)程。結(jié)果表明,超聲頻率、超聲振幅和塑化壓力的增加可顯著提高聚合物顆粒的界面摩擦生熱速率,其中超聲振幅對(duì)界面摩擦生熱速率的影響更顯著;當(dāng)超聲振幅為20 μm,超聲頻率為30 kHz,塑化壓力為0.8 kN時(shí),在0.05278 s內(nèi)聚合物局部溫度升高到224.5 ℃,生熱速率達(dá)到3874.5 ℃/s,得到界面摩擦生熱是瞬態(tài)過(guò)程。
超聲塑化;界面摩擦生熱速率;塑化參數(shù);仿真模擬
超聲微注射成型具有能夠成型復(fù)雜微器件、降低注射參數(shù)、縮短注射成型周期和成型微器件品質(zhì)高等優(yōu)點(diǎn)[1],使微機(jī)電系統(tǒng)得到了快速發(fā)展和更大的應(yīng)用空間。超聲技術(shù)使聚合物顆??焖偃廴谒芑?,即可節(jié)省能源和降低成本,還能避免聚合物顆粒的降解[2]。目前對(duì)于利用超聲技術(shù)使聚合物顆粒熔融塑化的生熱機(jī)理研究主要有摩擦生熱[3]、黏彈性生熱[4-5]和超聲空化作用[6-7]。超聲振動(dòng)作用下聚合物顆粒之間的高頻摩擦產(chǎn)生熱量,使其表面發(fā)生熔融,但作用過(guò)程及作用機(jī)理目前尚在探索之中,超聲振動(dòng)單元參數(shù)及其他塑化參數(shù)對(duì)于超聲塑化過(guò)程中聚合物顆粒界面摩擦生熱的影響規(guī)律需深入研究,以便獲得較優(yōu)的超聲塑化參數(shù),為超聲微注射成型機(jī)的設(shè)計(jì)提供指導(dǎo)。
國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)于超聲塑化聚合物顆粒界面摩擦生熱已進(jìn)行了初步研究。吳旺青等[3]驗(yàn)證了超聲塑化聚合物顆粒界面摩擦生熱的可行性,但沒(méi)有分析超聲頻率對(duì)界面摩擦生熱速率的影響。Michaeli等[8]分析了聚合物顆粒間摩擦生熱能熔融塑化聚合物顆粒,并通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了超聲塑化熔融聚合物顆粒的可行性。蔣炳炎等[4]分析了超聲熔融塑化聚合物顆粒的生熱機(jī)理,得到表面摩擦生熱是瞬態(tài)過(guò)程,通過(guò)數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了超聲可塑化熔融聚合物顆粒。Jong等[9]利用Ansys數(shù)值分析研究了超聲熱壓印的生熱機(jī)理主要有聚合物表面的變形和摩擦,并通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了超聲能實(shí)現(xiàn)熱壓印。胡建良[10]理論分析了聚合物超聲熔融塑化的本質(zhì)機(jī)理,得出塑化過(guò)程中主要存在3個(gè)生熱效應(yīng),即界面摩擦生熱、黏彈性熱和超聲空化作用。
本文主要以聚合物顆粒的界面摩擦生熱為研究?jī)?nèi)容,聚碳酸酯(PC)顆粒為研究對(duì)象,利用Ansys LS-DYNA和LS-DYNA Solver仿真模擬聚合物顆粒界面摩擦生熱過(guò)程,分析超聲頻率、超聲振幅和塑化壓力對(duì)界面摩擦生熱速率的影響規(guī)律。
1.1 超聲塑化熔融聚合物顆粒的工作過(guò)程
縱振換能器在波發(fā)生器高頻正弦波激勵(lì)下,產(chǎn)生高頻縱向振動(dòng),并通過(guò)變幅桿的位移放大作用將振動(dòng)傳遞到工具頭質(zhì)點(diǎn),之后作用于聚合物顆粒。超聲波在聚合物顆粒之間傳播時(shí),一方面使聚合物顆粒之間、聚合物顆粒與工具頭和塑化腔壁之間產(chǎn)生高頻縱向往復(fù)摩擦運(yùn)動(dòng);另一方面聚合物顆粒在超聲振動(dòng)作用下產(chǎn)生擠壓變形和位錯(cuò),耦合出水平方向的運(yùn)動(dòng)。
1.2 聚合物顆粒界面摩擦生熱機(jī)理
聚合物顆粒的摩擦生熱主要是由于聚合物顆粒之間、超聲工具頭與聚合物顆粒之間及塑化腔壁與聚合物顆粒之間的界面摩擦引起的。超聲工具頭作用于聚合物顆粒的高頻振動(dòng),使聚合物顆粒間產(chǎn)生高頻振動(dòng)碰撞和往復(fù)滑移,聚合物顆粒間產(chǎn)生摩擦,摩擦產(chǎn)生熱量,使得聚合物顆粒的溫度升高。聚合物顆粒間的界面摩擦生熱簡(jiǎn)化模型如圖1所示。
相對(duì)滑移速度等效摩擦力正壓力圖1 聚合物顆粒間界面摩擦生熱簡(jiǎn)化模型Fig.1 Simplified model of interfacial friction heat generation of polymer particles
超聲作用下,聚合物顆粒間的接觸應(yīng)力和滑移速度在接觸表面產(chǎn)生摩擦,摩擦產(chǎn)生的熱量可用式(1)表示[3]。
(1)
q1(t)——聚合物顆粒界面摩擦產(chǎn)生的熱流密度,J/m2·s
t——時(shí)間,s
熱流密度、相對(duì)滑移速度和等效摩擦應(yīng)力都是關(guān)于t的函數(shù)。聚合物顆粒界面摩擦產(chǎn)生的熱流密度轉(zhuǎn)化為溫度,使聚合物顆粒表面溫度升高。
超聲工具頭直接作用在聚合物顆粒上,超聲工具頭振動(dòng)聚合物顆粒產(chǎn)生摩擦熱,其大小主要由超聲振動(dòng)單元相關(guān)參數(shù)所決定,其熱流密度q2如式(2)所示[11]。
(2)
式中q2——超聲工具頭與聚合物顆粒接觸面的熱流密度,J/(m2·s)
ε0——超聲振幅,μm
μf——摩擦因數(shù)
A——超聲工具頭和聚合物顆粒的接觸面積,m2
f——超聲頻率,kHz
F0——塑化壓力,kN
超聲振動(dòng)作用下聚合物顆粒產(chǎn)生界面摩擦生熱,熱量在聚合物顆粒中通過(guò)瞬態(tài)熱傳熱方程傳遞,如式(3)所示[9]。
(3)
T——溫度,℃
k(T)——聚合物顆粒熱傳導(dǎo)率隨溫度變化的函數(shù),W/(m·℃)
C(T)——聚合物顆粒比熱容隨溫度變化的函數(shù),J/(kg·℃)
ρ——聚合物顆粒的密度,kg/m3
通過(guò)求解式(3),可得到聚合物顆粒的界面摩擦生熱過(guò)程和溫度分布。
2.1 有限元模型假設(shè)
聚合物顆粒界面摩擦生熱是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程,進(jìn)行有限元分析時(shí),做出如下處理與說(shuō)明:
(1)主要分析聚合物顆粒間的界面摩擦生熱過(guò)程,為簡(jiǎn)化分析過(guò)程,把有限元模型簡(jiǎn)化為二維平面。
(2)聚合物顆粒形狀為圓形,直徑大小不同,聚合物顆粒的物理性能不受溫度變化的影響。
(3)不考慮聚合物顆粒、超聲工具頭和塑化腔與外界環(huán)境的熱對(duì)流和熱輻射。
(4)聚合物顆粒間、聚合物顆粒與塑化腔、聚合物顆粒與超聲工具頭的動(dòng)、靜摩擦因數(shù)為常數(shù),不隨溫度而變化。
(5)聚合物顆粒在塑化腔內(nèi)隨機(jī)排放,且顆粒間不接觸,塑化壓力在超聲振動(dòng)過(guò)程中保持不變。
(6)不考慮聚合物顆粒的阻尼,主要分析界面摩擦生熱,不考慮內(nèi)部黏彈對(duì)分析的影響。
2.2 有限元模型
根據(jù)假設(shè)把有限元模型簡(jiǎn)化為平面模型,能觀察界面摩擦生熱過(guò)程和溫度分布。為了考慮聚合物顆粒的數(shù)量對(duì)聚合物顆粒界面摩擦生熱產(chǎn)生的影響,同時(shí)考慮有限元仿真的可行性,本文主要計(jì)算9個(gè)不同直徑的聚合物顆粒界面摩擦生熱,聚合物顆粒的直徑分別為2.4、2.6、2.8 mm,且隨機(jī)無(wú)序排放。塑化腔的體積由被加工元器件的所需材料決定的,主要為塑化腔內(nèi)徑和聚合物顆粒填充厚度,塑化腔的直徑為9 mm,聚合物的填充高度為8 mm。為了避免超聲工具頭與塑化腔壁的摩擦出現(xiàn)卡死而干擾塑化過(guò)程,結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn)和仿真分析,取環(huán)形間隙值為0.1 mm,工具頭的直徑為8.8 mm,有限元模型如圖2所示。
1—超聲工具頭 2—塑化腔 3—聚合物顆粒圖2 有限元模型Fig.2 Finite element model
2.3 網(wǎng)格劃分
超聲塑化聚合物顆粒界面摩擦生熱的仿真模擬主要是考慮聚合物顆粒間的界面摩擦,因此聚合物顆粒有限單元網(wǎng)格尺寸劃分的盡可能小,設(shè)置聚合物顆粒線數(shù)為40,超聲工具頭和塑化腔的單元尺寸為0.5 mm,選擇熱結(jié)構(gòu)耦合平面單元Plane162,單元總數(shù)為2178,劃分網(wǎng)格后的有限元模型如圖3所示。
圖3 劃分網(wǎng)格后的有限元模型Fig.3 Finite element model after dividing the grid
2.4 材料參數(shù)
超聲工具頭的高頻振動(dòng)作用在聚合物顆粒上,需要保證自身具有足夠的剛度和強(qiáng)度,其材料選擇TC4鈦合金。聚合物顆粒選擇通用的熱塑性塑料PC,其玻璃態(tài)轉(zhuǎn)化溫度為150 ℃,流動(dòng)溫度為220 ℃。塑化腔材料選擇AL7075,材料參數(shù)如表1所示。
表1 材料參數(shù)Tab.1 Material parameters
2.5 邊界條件
由于聚合物顆粒在塑化腔內(nèi)是隨機(jī)排放的,因此需要加載塑化壓力,使聚合物顆粒在塑化腔內(nèi)緊密接觸。聚合物顆粒間、聚合物顆粒與超聲工具頭及聚合物顆粒與塑化腔的動(dòng)、靜摩擦因數(shù)為0.4[12]。聚合物顆粒間、聚合物顆粒與超聲工具頭和塑化腔的接觸類型為ASS2D。約束塑化腔的所有自由度,約束超聲工具頭x方向,只允許在y方向運(yùn)動(dòng),其位移可由式(4)表示,聚合物顆粒為自由運(yùn)動(dòng)。
Uy=ε0sin(2πft)
(4)
式中Uy——超聲工具頭加載的y方向的位移
超聲工具頭在y方向以Uy的形式做往復(fù)高頻振動(dòng),產(chǎn)生y方向的位移作用在聚合物顆粒上。
3.1 超聲塑化界面摩擦生熱過(guò)程
3.1.1 初始狀態(tài)
由于聚合物顆粒在塑化腔內(nèi)是隨機(jī)排放的,為了驗(yàn)證塑化壓力對(duì)初始狀態(tài)的影響,假設(shè)聚合物顆粒間是不接觸的,則加載塑化壓力后使顆粒間緊密接觸。聚合物顆粒初始狀態(tài)如圖2所示,聚合物顆粒緊密接觸狀態(tài)如圖4所示。
圖4 聚合物顆粒緊密接觸狀態(tài)Fig.4 Close contact state of polymer particles
聚合物顆粒緊密接觸的狀態(tài),使超聲工具頭的高頻振動(dòng)可有效傳遞給聚合物顆粒,保證超聲工具頭振動(dòng)的有效加載,使聚合物顆粒產(chǎn)生相對(duì)滑移速度和等效接觸摩擦應(yīng)力,從而產(chǎn)生摩擦生熱。
3.1.2 界面摩擦生熱過(guò)程
當(dāng)超聲工具頭的塑化壓力為0.8 kN,超聲頻率為30 kHz,振幅為20 μm時(shí),仿真分析超聲作用下聚合物顆粒的界面摩擦生熱過(guò)程。得到在0.05278 s內(nèi)聚合物顆粒界面摩擦生熱溫度分布,如圖5所示,其中節(jié)點(diǎn)1572、1573和593的溫度隨時(shí)間變化曲線如圖6所示。
圖5 界面摩擦生熱溫度分布Fig.5 Temperature distribution of interfacial friction heat generation
節(jié)點(diǎn):■—1573 ▲—593 ●—1572圖6 節(jié)點(diǎn)溫度隨時(shí)間變化曲線Fig.6 Change curve between node temperature and time
由圖5可得,聚合物顆粒局部溫度在0.05278 s內(nèi)升高到224.5 ℃,達(dá)到聚合物顆粒PC的流動(dòng)溫度,生熱速率達(dá)3874.5 ℃/s。由圖6可得,聚合物顆粒接觸表面局部溫度隨超聲振動(dòng)作用時(shí)間的增加而增大,溫升速率很快。由圖5、圖6可知,超聲塑化熔融聚合物顆粒界面摩擦生熱是個(gè)瞬態(tài)過(guò)程,有較高的溫升和生熱速率。溫度分布在聚合物顆粒表面,聚合物顆粒內(nèi)部溫度升高并不明顯,這是由于相對(duì)滑移速度和等效摩擦應(yīng)力較高而聚合物PC的熱導(dǎo)率較低。相對(duì)滑移速度能達(dá)到5.8 m/s,等效摩擦應(yīng)力為1.1399×108N/m2,瞬時(shí)產(chǎn)生的大量熱難以傳遞,造成表面局部溫度升高很快。通過(guò)仿真獲得超聲塑化聚合物顆粒摩擦生熱結(jié)果大致與吳旺青實(shí)驗(yàn)室得到的結(jié)果相符[3]。
3.2 超聲塑化參數(shù)的影響
超聲塑化參數(shù)對(duì)聚合物顆粒界面摩擦生熱具有重要影響,加載到聚合物顆粒的超聲振動(dòng)與超聲頻率、振幅和塑化壓力有關(guān),塑化壓力分別設(shè)置為0.4、0.6、0.8、1.0、1.2 kN,超聲振幅分別設(shè)置為10、15、20、25、30 μm,超聲頻率分別設(shè)置為10、15、20、25、30 kHz,分別分析超聲頻率、超聲振幅和塑化壓力對(duì)聚合物顆粒界面摩擦生熱速率的影響規(guī)律。
3.2.1 超聲頻率
設(shè)置超聲工具頭振動(dòng)的振幅為20 μm,塑化壓力為0.8 kN,分析超聲頻率對(duì)聚合物顆粒界面摩擦生熱速率的影響。由圖7可知,聚合物顆粒界面摩擦生熱速率隨著超聲頻率的增加基本呈線性增加,當(dāng)頻率從10 kHz增加到30 kHz時(shí),生熱速率從1054.0 ℃/s增加到3874.5 ℃/s,在頻率為30 kHz時(shí)其生熱速率大約是10 kHz時(shí)的4倍,說(shuō)明超聲頻率越大,在一定周期內(nèi)超聲工具頭對(duì)聚合物顆粒加載振動(dòng)的次數(shù)越多,顆粒間的界面摩擦生熱速率越大。超聲頻率對(duì)摩擦生熱速率具有重要影響,可適當(dāng)提高超聲微注塑機(jī)的超聲頻率,但需與設(shè)計(jì)的縱振換能器相適應(yīng),一般不超過(guò)30 kHz[3-4]。
圖7 界面摩擦生熱速率隨超聲頻率變化曲線Fig.7 Change curve between interfacial friction heat generation rate and ultrasonic amplitude
3.2.2 超聲振幅
設(shè)置超聲工具頭的振動(dòng)頻率為20 kHz,塑化壓力為0.8 kN,分析超聲振幅對(duì)聚合物顆粒界面摩擦生熱速率的影響。由圖8可得,在塑化壓力和超聲頻率保持不變的情況下,聚合物顆粒界面摩擦生熱速率隨著超聲工具頭超聲振動(dòng)振幅的增大而增大,當(dāng)振幅從10 μm增加到30 μm時(shí),生熱速率從1014.9 ℃/s增加到12793.1 ℃/s。當(dāng)振幅在20~30 μm時(shí),生熱速率急劇增大。增加振幅能顯著提高界面摩擦生熱速率,但振動(dòng)的振幅不能過(guò)大,這是因?yàn)樯鸁崴俾始眲≡黾訉?dǎo)致聚合物的平均相對(duì)分子質(zhì)量減少?gòu)亩鹁酆衔锏慕到?,一般最高振幅?0 μm[2]。
圖8 界面摩擦生熱速率隨超聲振幅變化曲線Fig.8 Change curve between interfacial friction heat generation rate and ultrasonic amplitude
3.2.3 塑化壓力
設(shè)置超聲工具頭的振動(dòng)頻率為20 kHz,振幅為20 μm,分析塑化壓力對(duì)聚合物顆粒界面摩擦生熱速率的影響。由圖9可得,聚合物顆粒界面摩擦生熱速率隨著超聲工具頭作用的塑化壓力的增大近似呈線性增大,塑化壓力從0.4 kN增大到1.2 kN時(shí),生熱速率從565.8 ℃/s增加到6100.7 ℃/s,表明塑化壓力對(duì)界面摩擦生熱速率具有重要影響,塑化壓力越大,超聲工具頭的振動(dòng)才能更有效的傳遞,聚合物顆粒間振動(dòng)越劇烈,生熱速率越大。增大塑化壓力可以提高聚合物顆粒的摩擦生熱速率,但是由于分析問(wèn)題高度非線性,過(guò)高的塑化壓力將導(dǎo)致仿真分析不收斂[4],所以仿真分析中塑化壓力一般不超過(guò)1.2 kN,所對(duì)應(yīng)加載在超聲工具頭的壓強(qiáng)為20 MPa。
圖9 界面摩擦生熱速率隨塑化壓力的變化曲線Fig.9 Interfacial friction heat generation rate against plasticized pressure
(1)超聲塑化熔融聚合物顆粒的界面摩擦生熱是瞬態(tài)過(guò)程,振動(dòng)頻率為30 kHz,振幅為20 μm,塑化壓力為0.8 kN時(shí),在0.05278 s內(nèi)能使聚合物顆粒局部溫度升高到224.5 ℃,生熱速率達(dá)到3874.5 ℃/s;
(2)聚合物顆粒界面摩擦生熱速率隨著超聲頻率、振幅和塑化壓力的增大而增大,相對(duì)于超聲頻率和塑化壓力而言,超聲振幅對(duì)聚合物顆粒界面摩擦生熱速率的影響更顯著;
(3)聚合物顆粒在接觸面溫升很快,但聚合物顆粒內(nèi)部溫升并不明顯。
[1] Planellas M, Sacristan M, Rey L. Micro-molding with Ultrasonic Vibration Energy: New Method to Disperse Nanoclays in Polymer Matrices[J].Ultrasonic Sonoche-mistry, 2014, 21(4):1557-1569.
[2] Sacritan M, Planta X, Morell M. Effect of Ultrasonic Vibration on the Micro-molding Processing of Polylactide[J]. Ultrasonic Sonochemistry, 2014, 21(1):376-386.
[3] Wu Wangqing, Peng Huajian, Jia Yunlong, et al. Characteristics and Mechanisms of Polymer Interfacial Friction Heating Plasticization for Micro Injection Molding[J].Microsystem Technologies,2017,23(5):1385-1392.
[4] Jiang Bingyan, Peng Huajian, Wu Wangqing, et al. Numerical Simulation and Experimental Investigation of the Viscoelastic Heating Mechanism in Ultrasonic Plasticizing of Amorphous Polymers for Micro Injection Molding[J].Polymers,2016,8(5):199(1-12).
[5] 賈云龍,蔣炳炎,彭華建,等.微注射成型超聲塑化中粘彈性生熱效應(yīng)[J].中南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2016,47(9):2976-2983. Jia Yunlong, Jiang Bingyan, Peng Huajian, et al. Visco-elastic Heating Effect in Ultrasonic Plasticization for Micro Injection Molding[J]. Journal of Central South University (Science and Technology), 2016, 47(9):2976-2983.
[6] Jiang Bingyan, Hu Jianliang, Li Jun, et al. Ultrasonic Classification Speed of Polymer and Its Influencing Factors[J].Journal of Central South University,2012,19(2):380-383.
[7] 吳詩(shī)仁,溫 彤,雷 帆. 超聲振動(dòng)作用下的聚合物塑化機(jī)理研究[J].塑料工業(yè),2012,40(10):66-69. Wu Shiren, Wen Tong, Lei Fan. Study on Plasticizing Mechanism of Polymer Under Ultrasonic Vibration[J]. China Plastic Industry, 2012, 40(10):66-69.
[8] Michaeli W, Kamps T, Hopmann C. Manufacturing of Polymer Micro Parts by Ultrasonic Plasticization and Direct Injection[J]. Microsystem Technologies, 2011, 17(2):243-249.
[9] Jong HanPark, Ki Yeon Lee, Keun Park. Coupled Numerical Analysis to Investigate the Heating Mechanism of Ultrasonic Imprint Lithography[J].Ultrasonic, 2015, 60:96-102.
[10] 胡建良.聚合物超聲波熔融塑化速率測(cè)定及其影響因素分析[D].長(zhǎng)沙:中南大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院,2010.
[11] Elangovan S, Semeer S, Prakasan K. Temperature and Stress Distribution in Ultrasonic Metal Welding-an FEA-based Study[J].Journal of Materials Processing Techno-logy, 2009, 209(3):1143-1150.
[12] Zhang Z, Wang X, Luo Y, et al. Study on Heating Process of Ultrasonic Welding for Thermoplastics[J]. Journal of Thermoplastic Composite Materials, 2010, 22(6):647-664.
巴斯夫?小小化學(xué)家在中國(guó)科技館推出“聰明的美食家”倡導(dǎo)健康飲食
2017年巴斯夫?qū)⒃谌蚋鞯赝瞥鋈聦?shí)驗(yàn)項(xiàng)目“聰明的美食家”,以慶祝小小化學(xué)家項(xiàng)目誕生20周年。2002年巴斯夫首次在德國(guó)以外的國(guó)家開(kāi)展巴斯夫?小小化學(xué)家這一科普活動(dòng)就選擇了北京,屆時(shí)其進(jìn)入中國(guó)已15周年。今年巴斯夫?小小化學(xué)家的活動(dòng)從7月20-30日持續(xù)在中國(guó)科技館舉行。十多年來(lái),巴斯夫與中國(guó)科技館共同努力,巴斯夫?小小化學(xué)家活動(dòng)已然成為北京乃至全國(guó)6~12歲小朋友暑假期間不容錯(cuò)過(guò)的精彩活動(dòng)?!奥斆鞯拿朗臣摇睂?~12周歲兒童設(shè)計(jì),旨在幫助他們探索和分析水果和蔬菜的成分,了解食物為什么色彩多樣、營(yíng)養(yǎng)豐富。通過(guò)妙趣橫生的實(shí)驗(yàn),“聰明的美食家”旨在提高兒童合理膳食的意識(shí),培養(yǎng)更健康的飲食習(xí)慣。此外,巴斯夫還將從目前起至2017年12月,每月在巴斯夫?小小化學(xué)家官方網(wǎng)頁(yè)上推出一個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目供小朋友們?cè)诩也僮?,從而讓更多的孩子參與、領(lǐng)略神奇的化學(xué)世界。
巴斯夫涂料解決方案亞太區(qū)應(yīng)用研究和產(chǎn)品開(kāi)發(fā)總監(jiān)包偉華博士表示:“在中國(guó),巴斯夫?小小化學(xué)家項(xiàng)目始于北京,現(xiàn)已成為每年暑假深受北京、上海、重慶兒童喜愛(ài)的一項(xiàng)活動(dòng)。這一科普教育項(xiàng)目已在中國(guó)吸引了逾17萬(wàn)兒童的參與,以及近千名大學(xué)生擔(dān)任志愿老師。巴斯夫與中國(guó)科技館的長(zhǎng)期合作體現(xiàn)了雙方攜手推動(dòng)科普的承諾,激發(fā)了孩子們對(duì)科學(xué)、環(huán)境保護(hù)和生活品質(zhì)的好奇和關(guān)注?!卑退狗?小小化學(xué)家20周年慶?;顒?dòng)同時(shí)在全球各地展開(kāi),從德國(guó)到中國(guó)、肯尼亞、印度、新西蘭等。中國(guó)科技館副館長(zhǎng)、展覽教育中心主任廖紅表示:“巴斯夫和中國(guó)科技館有共同的愿景,即通過(guò)巴斯夫?小小化學(xué)家這一互動(dòng)活動(dòng)來(lái)推動(dòng)全國(guó)各地青少年的科普教育。我們相信高質(zhì)量教育的起點(diǎn)就是激發(fā)孩子們對(duì)科研探索的興趣;展望未來(lái),我們希望參與的孩子能更加多元化?!?/p>
Simulation Study on Interfacial Friction Heat Generation ofUltrasonically Plasticized Amorphous Polymer Particles
LI Xia, TIAN Haigang, DONG Yadong, ZHANG Sanchuan
(School of Mechanical Engineering, Zhengzhou University, Zhengzhou 450001, China)
In order to analyze the interfacial friction heat generation process of ultrasonically plasticized polymer particles and effect of ultrasonic plasticization parameters on interfacial friction heat generation rate, both LS-DYNA and Ansys software were used to simulate the interfacial friction heat generation process. The results indicated that the increase of ultrasonic frequency, ultrasonic amplitude and plasticized pressure can significantly improve the interfacial friction heat generation rate of polymer particles, but the effect of ultrasonic amplitude on the interfacial friction heat generation rate was more significant. When the processing conditions were set to an ultrasonic amplitude of 20 μm, an ultrasonic frequency of 30 kHz and a plasticized pressure of 0.8 kN, the local temperature of the polymer was improved to 224.5 ℃ at 0.05278 seconds and the heat generation rate reached 3874.5 ℃/s. In this case, the friction heat generation was considered as a transient process.
ultrasonic plasticization; interfacial friction heat generation rate; ultrasonic plasticization parameter; simulation
2017-06-05
國(guó)家自然科學(xué)基金(51107121);河南省高等學(xué)校重點(diǎn)科研項(xiàng)目(16A460010);鄭州大學(xué)研究生自主創(chuàng)新項(xiàng)目(超聲微注塑機(jī)塑化注射系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì))(87)
TQ320.65
B
1001-9278(2017)08-0088-06
10.19491/j.issn.1001-9278.2017.08.016
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