بررسي تحليلي تاثير موقعيت و قطر الياف بر مقدار آغشتگي، فشار درون قالب و نيروي كشش الياف در فرآيند پالتروژن پليمرهاي گرمانرم

Analytical investigation of the effect of fibrous tow position and radius on impregnation, pulling force and pressure in pultrusion process of thermoplastics

در اين پژوهش به ارائه مدلي براي پيش‌بيني نحوه تغيير اندازه فشار در طول قالب، محاسبه مقدار آغشتگي و محاسبه نيروي لازم براي انجام فرآيند پالتروژن در قالبي با سطح مقطع دايره‌اي شكل كه دو توده الياف تقويت كننده از آن عبور مي‌كند، پرداخته شده است. نيروي لازم براي كشش الياف و درجه آغشتگي تعيين كنندهترين پارامترهاي مرتبط با فرآيند پالتروژن هستند كه به ترتيب بر هزينه انرژي مصرفي براي توليد محصول و كيفيت پروفيل توليد شده تاثير مستقيم دارند. ايده اساسي در ارائه اين مدل به دست آوردن معادلات توصيف كننده رفتار پليمر در ناحيه پليمر خالص (بين الياف و ديواره قالب) و ناحيه متخلخل درون الياف تقويت كننده و سپس برقراري ارتباط بين معادلات اين دو ناحيه با استفاده از رابطه پيوستگي است. مزيت اين مدل نسبت به مدل‌هاي موجود امكان مدل‌سازي همزمان بخش مستقيم و بخش مخروطي قالب، محاسبه نيروي لازم براي انجام فرآيند و امكان بررسي تاثير انواع پارامترهاي مربوط به هندسه قالب، ويژگي‌هاي مواد و شرايط انجام فرآيند است. در اين پژوهش با استفاده از اين مدل تاثير موقعيت و قطر توده الياف بر نيروي لازم براي انجام فرآيند، فشار درون قالب و مقدار آغشتگي ارزيابي شده است. با توجه به امكان محاسبه همزمان نيرو و آغشتگي، مي‌توان از اين مدل در برقرار كردن شرايط بهينه‌اي بين هزينه تمام شده و كيفيت پروفيل توليد شده بهره برد.

This paper presents a numerical model for predicting pressure, impregnation and pulling force in pultrusion die with circular cross section which has two reinforcement fibrous tows that pass through it. Pulling force and degree of impregnation are the most important parameters associated with pultrusion process that determine production cost and quality of pultruded profile respectively. The main idea in this approach is obtaining characteristic equations in purely polymer region and purely fibrous region and establishing relations between them by using conservation law. The superiority of this approach compared to other methods is the ability to consider both the straight and the conical part of the die, calculating pulling force, ability of investigating influence of a variety of parameters such as those associated with die geometry, material rheology and process parameters. In this paper the influence of fibers position and fibers radius on pulling force, impregnation and pressure inside die is investigated. Due to the ability of simultaneous calculation of force and impregnation, this model can be used to establish an optimum condition between cost and quality of produced profiles.