Proceedings of the Korean Society for Technology of Plasticity Conference
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2007.05a
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pp.209-212
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2007
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.
Park, Dong-Myung;Kim, Hok-Joo;Yoon, Jae-Ryong;Lyu, Min-Young
Elastomers and Composites
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v.41
no.4
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pp.223-230
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2006
Rubber compounds have a high viscoelastic property. One of the viscoelastic behaviors during profile extrusion is the swelling of extrudate, and the amount of swelling varies with operational conditions in extrusion. It is well recognized that the elastic portion in the viscoelastic property plays an important role in the extrudate swell. In this study computer simulation of the die swell at the capillary die for several rubber compounds has been performed using commercial CFD code, Polyflow. A non-linear differential viscoelastic model, Phan-Thien-Tanner (PTT) model, was used in the computer simulation. Non-isothermal behavior was considered in the calculation. Distribution of pressure, velocity and temperature in the reservoir and capillary die, and extrudate profiles were predicted through the simulation. The amount of the die swell fur the different rubber compounds was investigated for various flow rates and three types of length to diameter of the capillary die. It is concluded that the PTT model successfully represented viscoelastic behavior of rubber compounds.
This study presents 1-dimensional simple model for sheet casting or rectangular fiber spinning process. In order to achieve this goal, we introduce the concept of force flux balance at the die exit, which assigns for the extensional flow outside the die the initial condition containing the information of shear flow history inside the die. With the Leonov constitutive equation that predicts non-vanishing second normal stress difference in shear flow, we are able to describe the anisotropic swelling behavior of the extrudate at least qualitatively. In other words, the negative value of the second normal stress difference causes thickness swelling much higher than width of extrudate. This result implies the importance of choosing the rheological model in the analysis of polymer processing operations, since the constitutive equation with the vanishing second normal stress difference is shown to exhibit the characteristic of isotropic swelling, that is, the thickness swell ratio always equal to the ratio in width direction.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers
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v.20
no.1
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pp.34-41
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2021
Interventional radiology and minimally invasive surgery both require a precisely shaped microcatheter. Microcatheters are manufactured using polymer extrusion processes with a die and puller. The manufacturing parameters and die geometry greatly influence the profile of the extrudate and designing dies using a trial-and-error process is expensive and requires a lot of time. Therefore, predicting the profile of the extrudate is important for manufacturing microcatheters. This study investigates the effects of die design and geometry on the profile of the extrudate. The profiles of the extrudate are predicted using ANSYS Polyflow with respect to the different die geometries. The outer and inner diameters and wall thickness of the predicted extrudate are compared to those of a target extrudate. The die swell of melt polymer and the effect of the pulling are both examined. Optimized die designs are suggested for manufacturing the target extrudate.
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.
Using piston type extruder, barley flour was extruded at various processing conditions, The used variables were three shear rates (apparent shear rate 118, 534, $1169sec^{-1}$), four extrusion temperatures(90, 120, 150, $180^{\circ}C$) and three moisture contents (15, 25, 35%). The rheological properties and the extrudate quality were monitored in extrusion. Barley flour showed pseudoplastic behavior having average power law index 0.28 in used shear rate range. When viewed from general appearance, die swell, density, water uptake, rehydration swell and gelatinization degree of extrudate, $25{\sim}35%$ moisture and $120^{\circ}C$ temperature was suitable processing condition for noodle-like product, and 25% moisture and $150^{\circ}C$ temperature was good for snack or flake product. Moisture content of the extrudate can be pretty well estimated from energy balance at higher temperature and higher moisture content.
유한요소법을 이용하여 애뉼라다이 팽창현상을 수치 해석학적으로 분석하였다. 이보 고는 계속적인 연구의 일부로써 비탄성 비뉴토니안 유체인 지수법칙형의 유체에 대한 모사 이다. 이지수법칙형의 유체는 간단하나 고분자 공정 연구에 많이 쓰이는 구성식으로써, 분석 결과는 환형압축체의 두께는 지수법칙 지수에 비례하여 증가하였다. 높은 전단응력 감소유 체의 경우 두께는 증가하지 않고 감소하였다. 비등온 유체 및 여러 다른 형태의 압출형에 대한 수치해석 결과도 예시하였다.
To expand the utility of barley the experiments on the extrusion characteristics of barley flour for snack processing were carried out and the effects of the extrusion conditions on the quality of the extrudates were investigated. The optimum moisture content of barley flour for snack processing was 20%. The moisture content and the density of the extrudates decreased with increasing extrusion temperature and decreasing die size. The die swell ranged from 0.98 to 2.18 according to various extrusion conditions and decreased with increasing temperature above $150^{\circ}C$. The lightness, redness and yellowness increased at higher temperature. The water absorption index and the water solubility index showed their maximum values at $180^{\circ}C$.The gelatinization degree of the extrudates increased with increasing temperature. The fracture fore, Young's modulus and maximum fiber stress decreased, but the deformation to fracture increased, with increasing temperature and decreasing die size. The yield force in puncture test showed lower values at higher temperature. The size and the fraction of the air cells increased with increasing temperature and decreasing die size. The optimum extrusion conditions of barley for snack processing were at the temperature of $180^{\circ}C$, with the die size of 4.5mm when processed at 160 rpm.
자유표면 유동을 수반하여 복잡한 구조를 지나는 유동문제를 수치모사할 수 있는 삼차원 유한요소법코드를 개발하였다. 정사각관을 대상으로 하는 삼차원 압출팽창 문제를 등온 뉴톤 유동뿐만아니라 비뉴톤유동 및 비등온 유동문제의 경우까지 다룰수 있도록 확장 하여 수치모사하였다. 삼차원 유한요소법 알고리듬에 pathline approach 방법과 사상방법을 적용시켜 등온 뉴톤 유체의 미동흐름에 대하여 압출 팽창문제를 푼 결과 팽창비가 대칭면에 서 최대 21.0%관의 모서리 부분에서 최소 4.1%로 나타났다 전단박화현상이 있는 비뉴톤 유 동의 경우 뉴톤유동에 비해 팽창이 작게 일어났고 비등온 유동의 경우 관벽온도가 낮은 쪽 이 높은 쪽에 비해 팽창이 크게 일어남을 알수 있었다.
비교적 묽은 섬유현탁액의 압출팽창 유동을 수치모사하기 위하여 유동장과 섬유배 향 사이의 상호작용을 고려하고 연속체이론에 기초한 유변방정식을 사용하였다. 또한 섬유 배향분포를 얻기 위하여 배향텐서로 표시된 섬유배향방정식을 사용하였는데 이때 섬유간 상 호작용의 효과를 고려해 주기 위하여 현상학적 확산항을 추가하였다. 실험결과와 비교가 용 이한 원통관을 통과하는 섬유현탁액의 압출팽창 유동을 수치모사한 결과 관 입구에서 섬유 가 유선방향으로 정렬되어 유입될 때 현탁강도가 증가함에 따라 팽창비는 감소함을 알수 있 었다. 하지만 관 길이가 짧고 또한 관 입구에서 섬유가 임의 배향상태로 유입될 경우에는 반대로 팽창비가 증가함을 보였다. 관 입구에서의 다른 배향상태에 의해 발생하는 팽창비의 서로다른 경향은 외부 표면부분과 내부중심부분의 신장점도의 차이로 설명할 수 있었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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