PET瓶吹塑工藝及瓶坯結(jié)構(gòu)參數(shù)的優(yōu)化研究.pdf

1、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)瓶已成為最主要的飲料包裝形式，人們對(duì)PET瓶吹塑成型過程的關(guān)注越來越高。瓶坯結(jié)構(gòu)，工藝條件等因素對(duì)PET瓶的成型效果有極大的影響，對(duì)這些因素進(jìn)行優(yōu)化可以明顯地改善瓶體成型質(zhì)量，降低材料成本。當(dāng)前企業(yè)在實(shí)際生產(chǎn)中由于缺乏數(shù)據(jù)和理論支持，只能使用試錯(cuò)法(Trialand error experimentation)進(jìn)行大量的實(shí)驗(yàn)，以選取合適的工藝條件與瓶坯結(jié)構(gòu)，這造成了時(shí)間和金錢的大量浪費(fèi)。
　　本文首先

2、對(duì)PET材料特性進(jìn)行了研究。通過流變儀測(cè)試了3種不同牌號(hào)的PET材料在熔點(diǎn)附近的流變性能，提出了PET動(dòng)態(tài)模量與測(cè)試溫度、剪切頻率的關(guān)系模型。模型計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比表明，模型對(duì)不同牌號(hào)的PET在不同溫度下的流變性能具有很好的預(yù)測(cè)能力。同時(shí)為數(shù)值模擬奠定基礎(chǔ)，提出了快速取得PET材料特性參數(shù)-離散松弛時(shí)間譜的計(jì)算方法。
　　PET瓶的吹塑過程是一個(gè)十分復(fù)雜的過程，本文在材料特性研究基礎(chǔ)上提出了PET瓶吹塑過程的數(shù)值模擬方法。首先

3、，提出了相應(yīng)的材料控制方程以及求解方程;構(gòu)建了新的底部壁厚分布函數(shù);然后，詳細(xì)介紹了網(wǎng)格模型與實(shí)體模型的構(gòu)建要點(diǎn);針對(duì)統(tǒng)一溫度模型的不足，構(gòu)建了熱力交換模型與分層溫度模型;根據(jù)實(shí)際工藝條件，利用流體仿真分析軟件對(duì)PET瓶吹塑成型過程進(jìn)行數(shù)值模擬;最后，根據(jù)數(shù)值計(jì)算結(jié)果，對(duì)PET瓶的成型進(jìn)行了研究分析。通過與實(shí)際瓶體進(jìn)行對(duì)比分析，可以認(rèn)為本文提出的數(shù)值模擬方法準(zhǔn)確有效。
　　本文對(duì)吹塑過程的工藝條件進(jìn)行了優(yōu)化。首先，提出了Nelde

4、r-Mead方法對(duì)瓶坯預(yù)熱溫度進(jìn)行優(yōu)化;然后利用正交試驗(yàn)，快速獲取合適工藝條件，并在此基礎(chǔ)上，利用回歸分析的方法構(gòu)建了工藝條件與壁厚均勻度的回歸模型;在模型解的基礎(chǔ)上采用遺傳算法對(duì)優(yōu)化模型進(jìn)行迭代計(jì)算;為進(jìn)一步優(yōu)化工藝條件，結(jié)合模擬退火算法與遺傳算法的優(yōu)點(diǎn)，提出了新的遺傳算法-模擬退火混合算法，并從優(yōu)化效果等角度分析正交試驗(yàn)、回歸模型、遺傳算法優(yōu)化以及混合算法優(yōu)化這四種優(yōu)化方法的優(yōu)劣，最終得到相對(duì)于前三種方法，混合算法求解具有明顯的優(yōu)勢(shì)

5、。
　　瓶坯結(jié)構(gòu)是影響吹塑過程成型質(zhì)量和企業(yè)生產(chǎn)成本的重要因素。為降低PET瓶的材料成本，本文首先分析了瓶坯結(jié)構(gòu)對(duì)成型效果的影響;然后明確了瓶坯的結(jié)構(gòu)參數(shù)，提出了基于結(jié)構(gòu)參數(shù)的瓶坯重量公式，并將其作為瓶坯優(yōu)化的目標(biāo)函數(shù)，根據(jù)瓶坯結(jié)構(gòu)參數(shù)的相互關(guān)系以及相關(guān)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，構(gòu)建了優(yōu)化模型;提出了自動(dòng)變換決策變量進(jìn)行瓶坯迭代優(yōu)化的新方法:最后，通過與實(shí)際瓶坯得到的成型瓶體進(jìn)行對(duì)比，優(yōu)化后的瓶坯在滿足設(shè)計(jì)要求的前提下明顯減少了PET的材料消耗