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挤出成型在塑料加工领域中是一种非常重要的加工手段,挤出机也是塑料机械的主要品种之一,然而挤出成型制品存在制品质量低的问题,因此以提高成型制品几何精度和内在质量均匀性为主要标志的精密化技术,引起国内外塑料加工领域的高度重视。动态塑化挤出过程是一个复杂、非线性及耦合严重的多变量过程,影响稳定挤出与最终制品质量的因素很多。机头段熔体温度分布影响着熔体的黏度,进而影响着熔体的压力,因此熔体温度的波动间接影响挤出制品质量的好坏。
本文以自行研制的熔体温度采集系统为基础,在聚合物动态流变仪上,检测了塑化挤出过程中温度场的分布。通过大量的实验,研究了挤出过程中温度熔体温度分布与机头段加热温度、电磁振动的频率和振幅的动态特性和静态特性,并测量了在不同的机头段温度、电磁振动频率、振幅下,LLDPE熔体最终稳定的温度,并对各因素对温度分布的影响进行了分析。
本文提出了一种新型建模方法,该方法利用状态空间矩阵和样本采样等理论,建立了动态挤出过程中LLDPE(低密度聚乙烯)熔体温度场分布的数学模型,通过实验验证该方法是可行的;本文也采用了神经网络的方法建立了熔体温度分布的数学模型,并比较了两种方法的优缺点。
本文在温度场建模的基础上,对温度场均匀性控制进行了探索研究,并根据挤出过程中熔体加工时的约束,采用最优控制的策略对熔体温度场进行了控制,在MATLAB上仿真,找到了动态挤出过程中的最佳温度设定、电磁振动频率和振幅,保证了动态加工过程中,熔体流经的横截面各点温度均匀性。
本文的研究工作对于进一步研究聚合物动态成型基础理论中动态流变基础理论有着重要的意义:同时也为挤出生产过程中熔体温度的在线检测和控制提供了新型的方法和理论基础,为工业智能控制奠定了基础。