Rubber compounds have high viscoelastic property. One of the viscoelastic behaviors during profile extrusion is the swelling of extrudate. In this study, die swells of rubber compounds at the capillary die have been investigated through experiment and computer simulation. Experiments and simulations have been performed using fluidity tester and commercial CFD code, Polyflow respectively. Die swells of rubber compounds in a capillary die were predicted using non-linear differential viscoelastic model, Phan-Thien-Tanner(PTT) model for various relaxation times and relaxation modes. The results of simulation were compared with the experiments. Pressure and velocity distribution, and circulation flows at the comer of capillary die have been investigated through computer simulation. It is concluded that the PTT model successfully represented the amount of the die swell of rubber compounds for various relaxation times at different modes.
Rubber compounds have high viscoelastic property. One of the viscoelastic behaviors during profile extrusion is the swelling of extrudate. In this study, die swell of rubber compounds at the capillary die have been investigated through an experiment and computer simulation. They have been performed using fluidity tester in experiment and commercial CFD code, Polyflow in computer simulation. Die swell of rubber compounds for relaxation time at several modes under same conditions with the experiment were predicted using non-linear differential viscoelastic model, Phan-Thien-Tanner (PTT) model. The simulation was analyzed compared with the experiment. Viscoelastic behaviors for pressure, velocity and shear rate distribution were analyzed at the capillary die. It is concluded that the PTT model successfully represented the amount of the optimal die swell of rubber compounds for relaxation time at different modes.
고무복합체는 높은 점탄성 성질을 보이는데 압출성형 시 이 점탄성 성질 때문에 압출물이 팽창하게 된다. 그리고 팽윤양은 공정 조건에 따라서 변한다. 점탄성 성질에서 탄성 부분은 압출물의 팽창에 있어서 중요한 역할을 한다. 본 논문은 모세관 다이에서 여러 가지 고무복합체에 따른 다이팽윤을 알아보기 위해 상용 CFD 프로그램인 Polyflow를 사용하여 해석을 수행하였다. 컴퓨터 모사에서는 비선형 미분 점탄성 모델인 Phan-Thien-Tanner(PTT) 모델을 사용하였고 온도를 고러하여 해석하였다. 해석을 통해서 레저버와 모세관 다이에서 압출물의 압력, 속도, 그리고 온도 분포 등을 예측하였다. 여러 가지 고무 복합체의 다이 팽윤양을 알아보기 위해서 유량과 모세관 다이의 지름을 변경하면서 연구하였다. 본 연구를 통해서 PPT 모델은 고무 복합체에 대한 점탄성 거동을 잘 표현하고 있음을 확인할 수 있었다.
고무중에서 polymer melt와 가장 유사한 유변학적 거동을 보이는 EPDM을 택하여, 가황반응속도를 조사하였으며, 이에 따라 부분적으로 가교도를 달리한 시편의 유변학적 특성을 capillary rheometer를 사용하여 검토하였다. 가교도가 0, 1.5, 3, 6%로 증가함에 따라 die 입구 및 출구에서의 압력 손실은 커지고, melt fracture가 일어나는 전단속도는 낮아지며 특히 die swell은 거의 직선적으로 증가하였다. 본 연구를 통하여 die swell, melt fracture, end effects등의 근원이 고분자 사슬의 탄성변형에 있음을 확인하였으며, 또한 압출, 압연등에서 흔히 관측되는 die swell의 요동이 가공중 발생할 수 있는 가황반응에 기인할 수도 있음을 보여준 것이다.
In injection molding processes, the property of molten resin should be characterized accurately. Among several properties, the PvT state is the most important one, since it affects the shrinkage, warpage, molded weight, and the part density. Thus, the PvT data is crucial to the simulation of the injection molding process. This work shows how such a measurement can be performed for a semi-crystalline and amorphous polymers. The PvT measurement has been conducted using a capillary rheometer using a suitable accessory that blocks the capillary. The results have shown that the PvT data can be obtained using such a rheometer and then the PvT coefficients of the Tait equation can be reached.
In the presence of ${\mu}-tip$ embedded in a slot-die head for stripe coatings, there arises the capillary flow that limits an increase of the stripe density, which is required for the potential applications in organic light-emitting diode displays. With an attempt to suppress it, we have employed a computational fluid dynamics software and performed simulations by varying the ${\mu}-tip$ length and the contact angles of the head lip and ${\mu}-tip$. We have first demonstrated that such a capillary flow phenomenon (a spread of solution along the head lip) observed experimentally can be reproduced by the computational fluid dynamics software. Through simulations, we have found that stronger capillary flow is observed in the hydrophilic head lip with a smaller contact angle and it is suppressed effectively as the contact angle increases. When the contact angle of the head lip increases from $16^{\circ}$ to $130^{\circ}$, the distance a solution can reach decreases sharply from $256{\mu}m$ to $44{\mu}m$. With increasing contact angle of the ${\mu}-tip$, however, the solution flow along the ${\mu}-tip$ is disturbed and thus the capillary flow phenomenon becomes more severe. If the ${\mu}-tip$ is long, the capillary flow also appears strong due to an increase of flow resistance (electronic-hydraulic analogy). It can be suppressed by reducing the ${\mu}-tip$ length, but not as effectively as reducing the contact angle of the head lip.
In the presence of $\mu-tip$ for narrow stripe coating, there appears lateral capillary flow along the hydrophilic head lip because the $\mu-tip$ has some resistance to flow. It was known to be suppressed by increasing the contact angle of the head lip. In this paper, we have demonstrated by computational fluid dynamics(CFD) simulations that it can also be suppressed by the formation of micro-patterns on the shim and meniscus guide embedded into the slot-die head. To optimize the micro-patterned structure, we have performed simulations by varying the groove width, depth, and clearance. In the absence of micro-patterns, it is shown by experiment and simulation that the solution spreads to a distance of $1,300{\mu}m$ from the ${\mu}-tip$. In the presence of micro-patterns with the groove width and clearance of $50{\mu}m$, the distance the solution spreads is reduced to $260{\mu}m$. However, no further suppression in the capillary flow is observed with micro-patterns with the groove width of $40{\mu}m$ or less. It is also observed that the capillary flow is not affected by the groove depth if it is larger than $10{\mu}m$. We have shown that the distance the solution spreads can be reduced further to $204{\mu}m$ by coating a hydrophobic material (contact angle of $104^{\circ}$) on the surface of micro-patterns having the groove width and clearance of $50{\mu}m$.
점탄성 흐름의 특성은 압출시 다이 스웰 현상에서 확인 할 수 있다. 본 연구는 이러한 점탄성 특성을 갖는 고무 컴파운드를 모세관 다이에서 비선형 점탄성 모델인 PTT 모델과 간략화된 점탄성 모델을 이용하여 압출현상을 모사하고 다이 스웰을 실험과 비교 하였다. 실험은 Fluidity Tester를 이용하였고 해석은 상용화된 CFD Code인 Polyflow를 이용하였다. 두 모델에 의해 예측된 다이 스웰은 실험과 유사한 결과를 보였다. 그러나 PTT 모델에서는 압력과 속도분포, 레저버의 모서리에서의 와류현상을 예측할 수 있었지만 간략화된 점탄성 모델에서는 예측할 수 없었다. 간략화된 점탄성 모델은 다이 내부의 세밀한 흐름현상을 예측하지는 못하지만 다이 스웰은 잘 예측할 수 있으며 PTT모델보다 해석시간이 매우 짧아서 이의 응용에 큰 장점을 갖고 있다고 판단된다.
This paper presents an experimental investigation on the heat trensfer characteristic of micro pipe (MHP) array with 38 triangular microgrooves. A heat pipe is an effective heat exchanger operating without external power. The heat pipe transfers heat by means of the latent heat of vaporization and two-phase fluid flow driven by the capillary force. The overall size of the MHP array can be put undermeath a microelectonic die and integrated into the electrronic package of a microelectronin device to dissipate the heat from the die. The MHP array is fabricated by micromachining with a silicon wafer and a glass substrate. The MHP was filled with water and sealed. The experimental results show the temperature decrease of 12.1$^{\circ}C$ at the evaporator section for the input power of 5.9 W and the improvement of 28% in the heat transfer rate.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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