CN110815776A - T型挤出模具及其设计方法 - Google Patents
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Abstract
涉及一种T型挤出模具，其流道包括沿熔体的流动方向依次设置的入口区、歧管、阻流区、松弛区和成型区；歧管的管径沿熔体的流动方向逐渐减小；阻流区包括厚度不等的阻流I区和阻流II区，靠近歧管的区域为阻流I区，靠近松弛区的区域为阻流II区，阻流I区和阻流II区的分界面是沿阻流区厚度方向的曲面。该挤出模具能够使得熔体沿流道宽度方向的出口流率均匀一致，熔体流经整个流道的压力降适中，熔体在流道中的停留时间更短。还涉及该挤出模具的设计方法，针对该挤出模具的流道设计，使熔体沿模具宽度方向的出口流率均匀，利用流变学理论基于变化的歧管管径推演阻流I区和阻流II区的分界形状曲线的微分方程。
Description
技术领域
本发明涉及模具设计领域，具体地说是T型挤出模具及其设计方法。
背景技术
热塑性塑料片材、流涎膜挤出成型采用平缝型挤出模具，其流道设计的关键问题包括熔体沿流道宽度方向出口流率要均匀一致，熔体流经整个流道的压力降要适中，以及熔体在流道中的停留时间尽可能短。采用T型挤出模具成型热塑性塑料制品时，为提高制品横向厚度的均匀性，采用传统设计方法时，由于受模具长度的限制，通常会增加歧管截面尺寸或减小阻流区厚度来提高熔体出口流率均匀性即制品横向厚度的均匀性。增加歧管半径虽有利于降低挤出压力，但会显著增加熔体停留时间(特别是歧管中靠近模具宽度末端的熔体停留时间)，容易造成熔体的热降解；而减小阻流区厚度会显著增加挤出压力，通常会增加挤出难度，降低挤出产量。通常还需要采用阻流棒和柔性模唇等辅助措施，但造成模具结构复杂，制造成本增加。工程上亦采用将阻流区设计为厚度不同的两个区域来降低熔体停留时间和挤出压力，但由于缺乏设计理论的指导，仍需要加装阻流棒或/和采用柔性模唇并在试模时通过局部调节来提高熔体出口流率的均匀性。设计不良的流道即使通过调节阻流棒和柔性模唇也难以使熔体出口流率沿流道宽度方向的均匀性达到理想的状态，而且容易造成熔体滞留。
发明内容
针对现有技术中存在的技术问题，本发明的目的是：提供一种既可以显著降低挤出压力，又能够显著降低熔体停留时间的T型挤出模具。
本发明的另一目的是提供一种上述T型挤出模具的设计方法。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
T型挤出模具，所述挤出模具的流道包括沿熔体的流动方向依次设置的入口区、歧管、阻流区、松弛区和成型区；歧管的管径沿熔体的流动方向逐渐减小；阻流区包括厚度不等的阻流I区和阻流II区，靠近歧管的区域为阻流I区，靠近松弛区的区域为阻流II区，阻流I区和阻流II区的分界面是沿阻流区厚度方向的曲面。
作为一种优选，分界面在流道宽度对称面位置与歧管之间、分界面在流道宽度方向的末端与松弛区之间分别存在间距。
作为一种优选，阻流I区的厚度大于阻流II区的厚度时，以流道宽度方向的对称面为中心，阻流I区的长度沿流道宽度方向逐渐增大，阻流II区的长度沿流道宽度方向逐渐减小。
作为一种优选，阻流I区的厚度小于阻流II区的厚度时，以流道宽度方向的对称面为中心，阻流I区的长度沿流道宽度方向逐渐减小，阻流II区的长度沿流道宽度方向逐渐增大。
T型挤出模具的设计方法，针对所述挤出模具的流道设计，使熔体沿模具宽度方向的出口流率均匀；(1)将歧管截面尺寸沿熔体在歧管中的流动方向逐渐减小以提高熔体的流速，从而降低歧管中熔体的停留时间；(2)将阻流区设置为厚度不同的阻流I区和阻流II区，保持阻流区总长度不变，通过改变阻流I区和阻流II区的相对长度沿流道宽度两侧的变化，使熔体流经阻流区的压力降沿流道宽度两侧降低，以提高熔体出口流率的均匀性；(3)基于变化的歧管截面尺寸，利用流变学理论推演阻流I区和阻流II区的分界形状曲线的微分方程。
流变学理论的推演过程为：
熔体在流动过程中温度不变，熔体黏度采用幂律模型描述，即
式中，η为熔体黏度；K为稠度系数；
为剪切速率；n为幂律指数；
以歧管和阻流I区的交界线为x轴、以模具的对称面为y轴构建直角坐标系，熔体沿歧管流动时的压力梯度表示为
式中，P为歧管中熔体在x处的压力；Q为歧管中熔体在x处的体积流率；R为x处的歧管半径；
假定熔体在模具入口处的体积流率为2Q0，要求熔体沿模具宽度方向的出口体积流率均匀时，有
Q＝Q0(1-x/W) (3)
式中，W为流道宽度的一半；
将式(3)代入式(2)，有
在任一位置x处，熔体在阻流I区和阻流II区中沿挤出方向流动时的压力降可表示为
式中，ΔPD为阻流区中的压力降，h1和h2分别为阻流I区和阻流II区的厚度；LD为阻流区的总长度，y为阻流I区和阻流II区分界形状曲线的坐标；
流道的松弛区和成型区的厚度和长度沿流道宽度方向不变，要求熔体出口流率沿流道宽度方向均匀，则熔体在阻流II区出口处的压力沿流道宽度方向不变，即熔体在歧管中沿流动方向的压力梯度与熔体在阻流区中的压力降沿流道宽度方向的梯度相等，有
由式(4)～(6)可得
式(7)即为阻流I区和阻流II区分界形状曲线在图3所示坐标系中的微分方程，其边界条件为：
x＝0，y＝LC (8)
式中，LC为分界形状曲线在流道对称面位置与阻流I区和歧管的交界线之间的距离；
阻流I区和阻流II区的厚度沿流道宽度方向不变，而歧管半径沿流道宽度方向减小且其末端尺寸不为0时，式(7)难以得到解析式，需要采用数值方法求解并拟合得到阻流I区和阻流II区的分界形状曲线。
作为一种优选，歧管的截面为圆形时，歧管的半径按线性减小。
作为一种优选，在流变学理论的推演时，忽略歧管中由于歧管半径变化引起的拉伸对熔体流动的影响及流道两侧壁面对熔体流动的影响。
作为一种优选，采用ANSYS Polyflow软件对熔体在流道中的流动进行数值模拟，通过计算熔体的出口体积流率验证了分界形状曲线的可靠性。
本发明的原理为：基于对熔体在流道中流动特点的分析，保持阻流区的总长度不变，将阻流区设计为厚度不同的阻流I区和阻流II区且其相对长度沿流道宽度方向变化以降低挤出压力，采用管径沿熔体的流动方向逐渐变小的歧管以减小熔体的停留时间，在满足熔体沿流道宽度方向出口流率均匀的条件下，利用流变学理论推导阻流I区和阻流II区分界形状曲线的微分方程，进而采用数值方法对其求解和拟合。与传统设计方法相比，采用管径沿熔体的流动方向逐渐变小的歧管和厚度不同的阻流I区和阻流II区的流道既可以显著降低熔体的停留时间，又能够显著降低挤出压力。
总的说来，本发明具有如下优点：
1.本发明T型挤出模具的流道采用管径沿熔体的流动方向逐渐变小的歧管，将阻流区设计为两个厚度不同的区域，基于熔体出口流率均匀的条件，推导出阻流I区和阻流II区分界形状曲线的微分方程，根据分界形状曲线制作阻流I区和阻流II区的分界面。对该微分方程进行数值求解，可用于流道歧管半径、阻流I区和阻流II区的厚度及其分界形状曲线的设计。
2.采用数值方法求解阻流I区和阻流II区分界形状曲线的微分方程并建立流道几何模型，利用数值模拟对设计的流道进行了验证，表明所推导的分界形状曲线微分方程是可靠的，能够指导T型挤出模具的流道设计。
3.与歧管半径和阻流区厚度不变的流道相比，采用管径变化的歧管和两个不同厚度阻流区的流道在满足熔体出口流率沿流道宽度方向均匀的条件下，既可以显著降低熔体在流道中的停留时间，又能够显著降低模具的挤出压力。
4.该挤出模具能够使得熔体沿流道宽度方向出口流率均匀一致即保证能够得到横向厚度均匀的制品，熔体流经整个流道的压力降适中，熔体在流道中的停留时间更短。
附图说明
图1为实施例中的T型挤出模具的流道结构示意图。
图2为图1中B-B的剖视图。
图3为实施例中T型挤出模具的流道的几何模型示意图。
图4为流道中熔体的压力等值线。
图5为熔体出口无量纲流率沿流道宽度方向的变化图。
图中的标号和对应的零部件名称为：1-入口区，2-歧管，3-阻流I区，4-阻流II区，5-松弛区，6-成型区。
具体实施方式
下面结合实施例及附图，对本发明做进一步详细的说明，但本发明的实施方式不限于此。
T型模具的设计方法，适用于生产沿宽度方向对称的产品，包括以下步骤：
S1：构建物理模型。本实施例中，歧管的横截面为圆形，对于熔体在流道中的流动进行分析时，做如下假设：(1)熔体为不可压缩流体；(2)熔体流动为充分发展的稳态层流流动，忽略惯性力和体积力；(3)熔体在歧管中仅沿歧管轴向流动，在阻流I区、阻流II区、松弛区和成型区中仅沿挤出方向流动，且熔体在歧管中的流动和在阻流I区中的流动互不干涉；(4)忽略歧管中由于歧管的管径变化引起的拉伸对熔体流动的影响及流道两侧壁面对熔体流动的影响；(5)熔体在流动过程中温度不变，熔体黏度采用幂律模型描述，即
式中，η为熔体黏度；K为稠度系数；
为剪切速率；n为幂律指数。
S2：构建几何模型。如图1和图2所示，阻流区、松弛区和成型区的宽度和长度沿模具宽度方向不变。根据熔体沿模具宽度方向的出口体积流率均匀为前提，通过对歧管尺寸和两个阻流区厚度的设计，进而对阻流I区和阻流II区的分界形状曲线进行设计，由分界形状曲线加工制作阻流I区和阻流II区的分界面；分界面将阻流区沿挤出方向分为阻流I区和阻流II区，其中，靠近歧管的区域为阻流I区，靠近松弛区的区域为阻流II区；阻流I区和阻流II区的厚度不等，本实施例中，阻流I区的厚度大于阻流II区的厚度。
熔体进入歧管后，沿歧管向流道两侧流动的同时，一部分熔体进入阻流I区并沿挤出方向流动，因此，歧管中熔体的体积流率逐渐减小。如采用等半径的歧管，歧管中熔体的流速沿流道宽度方向下降较快，停留时间迅速增加。为此，将歧管截面尺寸沿熔体在歧管中的流动方向逐渐减小以减缓熔体流速沿流道宽度方向的下降程度，从而降低歧管中熔体的停留时间。另一方面，熔体沿歧管向流道两侧流动时压力逐渐下降，即熔体在阻流I区入口处的压力沿流道两侧逐渐下降，特别是歧管的管径沿流道宽度方向减小时，熔体在阻流I区入口处的压力下降更大，如采用等厚度阻流区，则熔体出口流率沿流道两侧降低更大，为了提高熔体出口流率均匀性，则必须提高熔体流经阻流区的压力降，造成挤出压力显著增加。为此，将阻流区设计为厚度不同的两个区域，通过改变两个阻流区的相对长度沿流道宽度两侧的变化，使熔体流经阻流区的压力降沿流道宽度两侧降低，以提高熔体出口流率的均匀性。图1即为阻流I区厚度较大、阻流II区厚度较小的流道结构示意图，阻流I区在流道对称面位置与歧管之间、阻流II区在流道末端与松弛区之间留有适当间距以方便模具制造。在满足熔体出口流率沿流道两侧均匀的条件下，可通过对歧管尺寸和两个阻流区厚度的设计，进而对阻流I区和阻流II区的分界形状曲线进行设计。
S3：求解分界形状曲线的表达式。如图3所示，忽略入口区的影响，考虑到流道沿宽度方向的对称性，取其一半进行理论计算，以歧管和阻流I区的交界线为x轴、以模具的对称面为y轴构建直角坐标系。
熔体沿歧管流动时的压力梯度表示为
式中，P为歧管中熔体在x处的压力；Q为歧管中熔体在x处的体积流率；R为x处的歧管半径。
假定熔体在模具入口处的体积流率为2Q0。要求熔体沿模具宽度方向的出口体积流率均匀时，有
Q＝Q0(1-x/W) (3)
式中，W为流道宽度的一半。
将式(3)代入式(2)，有
在任一位置x处，熔体在阻流I区和阻流II区中沿挤出方向流动时的压力降可表示为
式中，ΔPD为阻流区中的压力降，h1和h2分别为阻流I区和阻流II区的厚度；LD为阻流区的总长度，y为阻流I区和阻流II区分界形状曲线的坐标。
流道的松弛区和成型区的厚度和长度沿流道宽度方向不变，要求熔体出口流率沿流道宽度方向均匀，则熔体在阻流II区出口处的压力沿流道宽度方向不变，即熔体在歧管中沿流动方向的压力梯度与熔体在阻流区中的压力降沿流道宽度方向的梯度相等，有
由式(4)～(6)可得
式(7)即为阻流I区和阻流II区分界形状曲线在图3所示坐标系中的微分方程。
由式(7)可以看出，阻流I区和阻流II区的分界形状曲线与歧管半径沿流道宽度方向的变化、阻流I区和阻流II区的厚度、流道宽度以及熔体的幂律指数有关，而与熔体的稠度系数和产量无关。流道宽度由产品规格确定，幂律指数是熔体的材料参数，而歧管半径、阻流I区和阻流II区的厚度均可作为流道的设计参数，根据式(7)对阻流I区和阻流II区的分界形状曲线进行设计。
阻流I区和阻流II区的厚度沿流道宽度方向不变，而歧管半径沿流道宽度方向减小且其末端尺寸不为0时，式(7)难以得到解析式，需要采用数值方法求解并拟合得到阻流I区和阻流II区的分界形状曲线，其边界条件为：
x＝0，y＝LC (8)
LC即分界形状曲线在流道对称面位置与阻流I区和歧管的交界线之间的距离。留有适当间距以方便模具制造，根据加工条件确定。
由式(7)可以看出，y是x的单调增函数，即在保持阻流区流道长度不变的情况下，阻流I区的厚度大于阻流II区的厚度时，阻流I区的长度沿流道宽度方向逐渐增加，而阻流II区的长度沿模具宽度方向逐渐减小。设计时需要综合考虑流道各部分的尺寸，以确保由式(7)计算得到的LE小于阻流区的长度LD，且阻流II区在流道末端与松弛区之间留有合适间距(即图3中的LD-LE)以便流道加工。
在流道宽度方向的任一位置x处，熔体由歧管入口流经歧管和阻流区到达阻流II区出口处的压力降相等。因此，熔体由歧管入口到阻流II区出口处的压力降可用流道对称面处的压力降计算，即
歧管中的熔体在任一位置x处的停留时间可表示为
当歧管半径沿流道宽度方向减小且其末端尺寸不为0时，式(10)需要采用数值方法求解，其边界条件为：
x＝0，t＝0 (11)
步骤S4：验证。为了验证歧管半径变化时阻流I区和阻流II区的分界形状曲线微分方程的可靠性，以LDPE片材挤出为例，采用ANSYS Polyflow软件对熔体在流道中的流动进行数值模拟，通过熔体出口无量纲流率即沿流道宽度方向某一位置单位宽度的体积流率与平均单位宽度的体积流率的比值进行验证。
采用幂律模型描述LDPE的流变性能，挤出温度为170℃时，取幂律指数n＝0.496，稠度K＝7083Pa·s-0.504。片材的宽度(2W)为2000mm，松弛区的厚度和长度分别取4mm和45mm，成型区的厚度和长度分别取1.5mm和25mm，挤出速度为15mm/s。假定歧管半径按线性减小，流道对称面和末端处的半径分别取15mm和6mm，阻流I区和阻流II区的厚度分别取1.9mm和0.9mm，阻流区的总长度取40mm，阻流I区在流道对称面处的长度取6mm，采用四阶显式Runge-Kutta法求解分界形状曲线的微分方程，计算得到阻流I区在流道末端的长度为34.4mm。
采用样条曲线拟合分界形状曲线并对流道进行建模，取其宽度方向的一半进行计算。为提高计算精度，采用六面体单元划分流道，在流道壁面边界和尺寸突变位置采用较小尺寸的网格，流场求解时速度采用二次插值，压力采用线性插值。
模拟计算得到的流道宽度方向一半的熔体压力场和出口无量纲流率沿流道宽度方向的变化如图4和图5所示。可以看出，当熔体离开阻流区时，熔体的压力等值线平行于流道出口，流道对称面处熔体在阻流区的压力降与理论计算一致。沿流道宽度方向熔体出口流率均匀，仅在流道末端约10mm的范围内，熔体无量纲出口流率小于0.99，这是由于理论推导中忽略了流道侧壁对熔体流动的影响，而模拟计算时熔体与侧壁之间为无滑移边界，与实际生产一致。
针对上述片材规格、挤出速度和材料，在保持阻流区长度不变的情况下，采用不同方法对歧管和阻流区进行设计，并对流道对称面处熔体在阻尼区的压力降和熔体在歧管中的停留时间进行比较。熔体在歧管中的停留时间沿流道宽度方向增加，靠近流道两侧，熔体在歧管中的停留时间远大于熔体离开歧管后的停留时间，为便于比较，选择歧管中距离入口0.95W处的熔体停留时间进行比较。熔体由歧管入口到阻流II区出口处的压力降沿流道宽度方向不变，且对挤出压力有重要影响，为便于比较，选择流道对称面处熔体在阻流区的压力降进行比较。
采用传统设计方法即阻流区长度和厚度及歧管半径均沿流道宽度方向不变时，通常以熔体出口体积流率均匀性指数UI作为流道设计的依据。
式中，R为歧管半径；L为阻流区长度；h为阻流区厚度；W模具宽度的一半。传统流道设计中，阻流区的厚度和长度沿流道宽度方向不变。
当阻流区厚度分别为0.9mm和0.7mm时，根据式(12)，要使UI≥0.95，歧管半径R必须大于37mm和30mm，流道对称面处熔体在阻流区的压力降分别为9.20MPa和15.18MPa，歧管中距离入0.95W处的熔体停留时间分别为572.6s和376.5s。由于阻流区的厚度和长度沿流道宽度方向不变，而阻流区入口处的熔体压力沿流道宽度方向减小，因此，要提高熔体出口流率的均匀性，必须使熔体流经歧管的压力降远小于熔体流经阻流区的压力降，减小歧管半径时，必须增大熔体流经阻流区的压力降，造成挤出压力增大，而增加阻流区厚度时，必须增加歧管半径，造成熔体停留时间增加。
采用两个不同厚度的阻流区，当歧管半径沿流道宽度方向不变时，式(7)和式(10)均可得到解析解。仍以上述片材为例，取歧管半径R为15mm，阻流I区和阻流II区的厚度分别取1.8mm和1.2mm，阻流I区在流道对称面处的长度取6mm，计算得到阻流I区在流道末端的长度为34.4mm，流道对称面处熔体在阻流区的压力降为4.76MPa，歧管中距离入口0.95W处的熔体停留时间为94.1s。与采用传统设计方法得到的歧管半径为37mm和27mm的流道相比，对称面处熔体流经阻流区的压力降分别下降了48.2％和68.6％，而歧管中距离入口0.95W处的熔体停留时间分别下降了83.6％和75.0％。可以看出，采用两个不同厚度的阻流区时，无论是熔体停留时间还是流道对称面处熔体流经阻流区的压力降都得到显著下降。
为了进一步降低熔体在歧管中的停留时间，选择歧管半径沿流道宽度方向按幂律减小，即
R＝RC-(RC-RE)(x/W)m (13)
式中，RC为流道对称面处的歧管半径，RE为流道末端的歧管半径。
取RC＝15mm，RE＝6mm，LC＝6mm，兼顾流道的可制造性，选择两个阻流区的厚度，采用四阶显式Runge-Kutta法求解式(7)可得到阻流I区和阻流II区的分界形状曲线坐标，根据式(9)计算对称面处熔体在阻流区的压力降，采用四阶显式Runge-Kutta法求解式(10)可得到歧管中距离入口0.95W处的熔体停留时间，如表1所示。
表1歧管半径变化规律对熔体停留时间和压力降的影响
从表1可以看出，随着歧管半径沿流道宽度方向变化的指数m增大，熔体的停留时间增加，而流道对称面处熔体在阻流区的压力降减小。由式(13)可知，0<x/W<1，流道宽度方向距对称面的距离一定即固定x时，歧管半径随着指数m的增大而增加，而歧管中熔体的体积流率相同，因此，熔体的流速和压力梯度均随指数m的增大而减小，歧管中熔体停留时间随指数m的增大而增加，流道对称面处熔体流经阻流区的压力降随指数m的增大而减小。
与歧管半径不变的流道相比，歧管半径沿流道宽度方向减小时，距离对称面相同位置，歧管中熔体的流速和压力梯度增大，故熔体的停留时间减小，而对称面处熔体流经阻流区的压力降增加。与采用传统方法设计的歧管半径为27mm的流道相比，当指数m分别为1、2和3时，对称面处熔体流经阻流区的压力降分别下降了41.1％、55.7％和63.4％，而歧管中距离入口0.95W处的熔体停留时间分别下降了90.7％、87.6和85.6％。由此可以看出，传统的流道设计方法在提高熔体出口流率均匀性时，会引起挤出压力显著增加或/和熔体停留时间显著增加，而本发明提出的流道设计方法可以在较低的挤出压力下，显著降低熔体的停留时间。
该设计方法的有益效果为：
(1)本发明T型挤出模具的流道采用管径沿熔体的流动方向逐渐变小的歧管，将阻流区设计为两个厚度不同的区域，基于熔体出口流率均匀的条件，推导出阻流I区和阻流II区分界形状曲线的微分方程，根据分界形状曲线制作阻流I区和阻流II区的分界面。对该微分方程进行数值求解，可用于流道歧管半径、阻流I区和阻流II区的厚度及其分界形状曲线的设计。
(2)采用四阶显式Runge-Kutta法求解阻流I区和阻流II区分界形状曲线的微分方程并建立流道几何模型，利用数值模拟对设计的流道进行了验证，表明所推导的分界形状曲线微分方程是可靠的，能够指导T型挤出模具的流道设计。
(3)与歧管半径和阻流区厚度不变的流道相比，采用管径变化的歧管和两个不同厚度的阻流区的流道在满足熔体出口流率沿流道宽度方向均匀的条件下，既可以显著降低熔体在流道中的停留时间，又能够显著降低模具的挤出压力。
一种T型挤出模具，其流道包括沿熔体的流动方向依次设置的入口区、歧管、阻流区、松弛区和成型区；歧管的管径沿熔体的流动方向逐渐减小；阻流区包括厚度不等的阻流I区和阻流II区，靠近歧管的区域为阻流I区，靠近松弛区的区域为阻流II区，阻流I区和阻流II区的分界面为沿阻流区厚度方向的曲面。
该挤出模具根据所需制品的规格、挤出速度和材料，在保持阻流区总长度不变的情况下，利用上述挤出模具的设计方法确定歧管的管径变化以及阻流I区和阻流II区的分界形状曲线后，根据分界形状曲线制作分界面，根据确定的各个位置处的歧管尺寸制作歧管。本实施例中的T型挤出模具的阻流I区的厚度大于阻流II区的厚度，歧管的横截面为圆形，歧管的半径按线性减小。阻流I区在流道对称面位置与歧管之间、阻流II区在流道末端与松弛区之间存在间距。
除了上述实施例提及的方式外，针对其他形状的歧管，歧管中的熔体压力降可通过形状因子进行换算，进而得出不同形状歧管的模具流道所对应的阻流I区和阻流II区的分界形状曲线。这些变换方式均在本发明的保护范围内。
除了上述实施例提及的方式外，歧管半径沿流道宽度方向采用其他形式变化，进而得出不同的歧管管径沿流道宽度方向变化时的模具流道所对应的阻流I区和阻流II区的分界形状曲线。这些变换方式均在本发明的保护范围内。
除了上述实施例提及的方式外，针对由上述设计方法计算出阻流I区和阻流II区的分界形状曲线，实质上是确定了模具宽度方向任一位置阻流I区和阻流II区的长度，因此，将阻流I区和阻流II区的位置在挤出方向对调或分解为多个区域的组合仍能保证熔体出口流率均匀。这些变换方式均在本发明的保护范围内。
除了上述实施例提及的方式外，针对由上述设计方法计算出阻流I区和阻流II区的分界形状曲线后，将阻流I区和阻流II区中厚度较大的区域在厚度方向布置在厚度较小区域的两侧、不同厚度区域之间采用倒角或圆角过渡并不影响阻流I区和阻流II区的分界形状曲线。这些变换方式均在本发明的保护范围内。
除了上述实施例提及的方式外，针对阻流I区和阻流II区分界形状曲线微分方程的求解，可采用其他数值方法求解并采用其他合理方法拟合。这些变换方式均在本发明的保护范围内。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.T型挤出模具，其特征在于：所述挤出模具的流道包括沿熔体的流动方向依次设置的入口区、歧管、阻流区、松弛区和成型区；歧管的管径沿熔体的流动方向逐渐减小；阻流区包括厚度不等的阻流I区和阻流II区，靠近歧管的区域为阻流I区，靠近松弛区的区域为阻流II区，阻流I区和阻流II区的分界面是沿阻流区厚度方向的曲面。
2.按照权利要求1所述的T型挤出模具，其特征在于：分界面在流道宽度方向对称面位置与歧管之间、分界面在流道宽度方向的末端与松弛区之间分别存在间距。
3.按照权利要求2所述的T型挤出模具，其特征在于：阻流I区的厚度大于阻流II区的厚度时，以流道宽度方向的对称面为中心，阻流I区的长度沿流道宽度方向逐渐增大，阻流II区的长度沿流道宽度方向逐渐减小。
4.按照权利要求2所述的T型挤出模具，其特征在于：阻流I区的厚度小于阻流II区的厚度时，以流道宽度方向的对称面为中心，阻流I区的长度沿流道宽度方向逐渐减小，阻流II区的长度沿流道宽度方向逐渐增大。
5.T型挤出模具的设计方法，其特征在于：针对所述挤出模具的流道设计，使熔体沿模具宽度方向的出口流率均匀；
(1)将歧管截面尺寸沿熔体在歧管中的流动方向逐渐减小以提高熔体的流速，从而降低歧管中熔体的停留时间；
(2)将阻流区设置为厚度不同的阻流I区和阻流II区，保持阻流区总长度不变，通过改变阻流I区和阻流II区的相对长度沿流道宽度两侧的变化，使熔体流经阻流区的压力降沿流道宽度两侧降低，以提高熔体出口流率的均匀性；
(3)基于变化的歧管截面尺寸，利用流变学理论推演阻流I区和阻流II区的分界形状曲线的微分方程。
6.按照权利要求5所述的T型挤出模具的设计方法，其特征在于，流变学理论的推演过程为：
熔体在流动过程中温度不变，熔体黏度采用幂律模型描述，即
式中，η为熔体黏度；K为稠度系数；
为剪切速率；n为幂律指数；
以歧管和阻流I区的交界线为x轴、以模具的对称面为y轴构建直角坐标系；
熔体沿歧管流动时的压力梯度表示为
式中，P为歧管中熔体在x处的压力；Q为歧管中熔体在x处的体积流率；R为x处的歧管半径；
假定熔体在模具入口处的体积流率为2Q0，要求熔体沿模具宽度方向的出口体积流率均匀时，有
Q＝Q0(1-x/W) (3)
式中，W为流道宽度的一半；
将式(3)代入式(2)，有
在任一位置x处，熔体在阻流I区和阻流II区中沿挤出方向流动时的压力降可表示为
式中，ΔPD为阻流区中的压力降，h1和h2分别为阻流I区和阻流II区的厚度；LD为阻流区的总长度，y为阻流I区和阻流II区分界形状曲线的坐标；
流道的松弛区和成型区的厚度和长度沿流道宽度方向不变，要求熔体出口流率沿流道宽度方向均匀，则熔体在阻流II区出口处的压力沿流道宽度方向不变，即熔体在歧管中沿流动方向的压力梯度与熔体在阻流区中的压力降沿流道宽度方向的梯度相等，有
由式(4)～(6)可得
式(7)即为阻流I区和阻流II区分界形状曲线在图3所示坐标系中的微分方程，其边界条件为
x＝0，y＝LC (8)
式中，LC为分界形状曲线在流道对称面位置与阻流I区和歧管的交界线之间的距离；
阻流I区和阻流II区的厚度沿流道宽度方向不变，而歧管半径沿流道宽度方向减小且其末端尺寸不为0时，式(7)难以得到解析式，需要采用数值方法求解并拟合得到阻流I区和阻流II区的分界形状曲线。
7.按照权利要求6所述的T型挤出模具的设计方法，其特征在于：分界形状曲线在模具末端与松弛区和阻流II区的交界线之间存在间距；分界形状曲线在模具对称面位置与阻流I区和歧管的交界线之间存在间距。
8.按照权利要求7所述的T型挤出模具的设计方法，其特征在于：在流变学理论的推演时，忽略歧管中由于歧管半径变化引起的拉伸对熔体流动的影响及流道两侧壁面对熔体流动的影响。
9.按照权利要求8所述的T型挤出模具的设计方法，其特征在于：采用ANSYS Polyflow软件对熔体在流道中的流动进行数值模拟，通过计算熔体的出口流率验证了分界形状曲线的可靠性。
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