转子相位角对密炼机内流体输运机理的影响

剪切型异向旋转双转子密炼机广泛应用于高聚物的混合加工过程中。从动力学角度出发,采用拉格朗日拟序结构(LCS)和有限时间李雅普诺夫指数(FTLE),分析了转子不同初始相位角对密炼机可视化流形几何结构动力学特性的影响,得出了异向旋转双转子密炼机内流体输运机理。同时,结合粒子追踪技术,研究了非定常流场下LCS对粒子分布规律的影响。结果表明,不同初始相位角影响了异向旋转双转子密炼机流场LCS的结构稳定性,改变了流域内物质输运特性,流体粒子的运动规律证明了LCS作为流域内的准边界特性。     

4WS转子密炼机聚合物混沌混合的拉格朗日拟序结构分析

采用拉格朗日拟序结构的分析方法,对标准四棱4WS转子密炼机聚合物混沌混合进行研究。利用网格叠加技术(MST),计算了密炼机二维流场的速度场分布。在此基础上,利用基于拉格朗日体系的有限时间Lyapunov指数(FTLE)、拉格朗日拟序结构(LCS),结合Poincaré映射和粒子可视化技术,分析了4WS转子密炼机二维流场的混沌混合特性;讨论了转子几何结构对FTLE和LCS分布的影响以及密炼机二维流场潜在的动力学和几何特性。结果表明,由于物质线的封闭状态,导致了密炼机近转子区流体输运受到了阻碍,因此,增强近转子区与远转子区的物质交换是进行转子优化的重要环节。由于4WS转子棱边独特的凹槽结构,在近转子区易产生马蹄形结构,在流域中形成同宿穿插结构,增强了近转子区和远转子区之间的物质交换,强化了密炼机流场的混沌混合。     

平行三螺杆挤出机聚合物混沌混合的拉格朗日拟序结构分析

从拉格朗日拟序结构的新视角,对三螺杆挤出机二维流场的动力学特性进行有限元分析。采用4阶Runge-Kutta法计算粒子的运动轨迹,验证了时间步长对计算结果精确度的影响。利用有限时间李雅普诺夫指数(FTLE),Poincaré截面和粒子可视化技术分析了三螺杆挤出机流场的混沌混合机理。结果表明,拉伸和折叠作用促进了流体粒子的物质交换。由于在啮合区存在双曲不动点,混合效率较高,啮合区是流场混沌混合的主要区域;在紧靠螺杆壁区域,物质线的闭合导致流体输运受阻,近螺杆区混合效果较差。通过与双螺杆挤出机进行拉格朗日拟序结构(LCS)结构的比较发现,由于啮合区的增加,强化了挤出机流场的混沌混合;通过对数拉伸值的比较,三螺杆挤出机的混合能力优于双螺杆挤出机。     

三螺杆挤出机端面二维流场混沌混合拉格朗日拟序结构分析

三螺杆挤出机是一种新型的聚合物流体加工设备,其独有的中心区呈现出几何结构和受力状态的周期性变化,混合机理非常复杂。区别于传统的线性混合分析,从拉格朗日体系的新视角对三螺杆挤出机混沌混合进行拉格朗日拟序结构分析,利用有限时间Lyapunov指数(FTLE)、拉格朗日拟序结构(LCS),结合Poincaré截面和粒子可视化技术研究三螺杆挤出机二维流场的流体输运和混沌混合机理,讨论了中心区动态结构特性对FTLE和LCS分布的影响,并与单螺杆挤出机和双螺杆挤出机进行了对比分析。结果表明,LCS将三螺杆挤出机流域划分为近螺杆区、远螺杆区和中心区3个具有不同运动特性的区域,扭结是连接近螺杆区、远螺杆区和中心区物质交换的桥梁。随着混合时间的增加,扭结的弯曲和折叠程度逐渐增大,增强了3个区域的物质交换,强化了三螺杆流场的混沌混合。三螺杆挤出机啮合区附近存在3个双曲固定点,混合能力较好。Poincaré截面中椭圆周期点的出现说明在流域中心有非混沌区存在,因此三螺杆挤出机的中心区混合能力相对较弱。     

Cam转子密炼机混沌混合特性影响因素分析

建立了Cam转子密炼机二维流动有限元模型,采用网格重叠技术,对密炼机瞬态混炼流场进行了数值模拟。在此基础上,结合Poincaré截面、平均对数线拉伸、Lyapunov指数等参数对混沌混合进行定性及定量表征;研究了转子中心距、初始相位角及转速等因素对Cam转子密炼机流体混沌混合强度的影响。结果表明,转子中心距、初始相位角及转速等因素直接影响混炼流场的混沌混合强度;增大转子中心距、改变初始相位角、提高转速等方法可强化混炼过程的混沌混合,提高流体的混合效率。     

三螺杆挤出机端面二维流场混沌混合拉格朗日拟序结构分析

三螺杆挤出机是一种新型的聚合物流体加工设备,其独有的中心区呈现出几何结构和受力状态的周期性变化,混合机理非常复杂。区别于传统的线性混合分析,从拉格朗日体系的新视角对三螺杆挤出机混沌混合进行拉格朗日拟序结构分析,利用有限时间Lyapunov指数（FTLE）、拉格朗日拟序结构（LCS）,结合Poincaré截面和粒子可视化技术研究三螺杆挤出机二维流场的流体输运和混沌混合机理,讨论了中心区动态结构特性对FTLE和LCS分布的影响,并与单螺杆挤出机和双螺杆挤出机进行了对比分析。结果表明,LCS将三螺杆挤出机流域划分为近螺杆区、远螺杆区和中心区3个具有不同运动特性的区域,扭结是连接近螺杆区、远螺杆区和中心区物质交换的桥梁。随着混合时间的增加,扭结的弯曲和折叠程度逐渐增大,增强了3个区域的物质交换,强化了三螺杆流场的混沌混合。三螺杆挤出机啮合区附近存在3个双曲固定点,混合能力较好。Poincaré截面中椭圆周期点的出现说明在流域中心有非混沌区存在,因此三螺杆挤出机的中心区混合能力相对较弱。     

气体射流不稳定性的建模和实验研究

基于图像处理技术和混沌理论,提出了一种气体射流图像的量化方法,用以反映气液混合性能。本文使用大津法来获得自适应阀值,并得到最佳的图像分割效果。混合性能（M）用以表征气体射流的空间分布,其定义为气体射流像素占比（W）与射流区域内的灰度标准差（N）之比。通过混合性能的非线性时间序列来表征射流喷射过程的不稳定变化,并得到了以下结果：在射流区制下,射流的稳定性随着修正弗鲁德数的增加而增加,证明了所提出方法的可靠性;其次,在同一工况中射流的稳定性与最大李雅普诺夫指数之间具有明显的线性关系,其线性相关系数为0.954,并构建了射流的稳定性与最大李雅普诺夫指数的线性关系模型。证明了最大李雅普诺夫指数不仅可以判断混合过程是否呈现混沌状态,而且其数值的大小反应了气体射流稳定性的强弱。     

同步转子密炼机转子转速的确定

试验研究了在同步转子密炼机填充系数、上顶栓压力和冷却水温度一定的条件下,改变转子转速(r)后密炼机的混炼性能以及混炼胶的力学性能,表明转子转速(r)对密炼机的混炼特性有非常显著的影响;在胶料配方和其他工艺条件一定的前提下,对密炼机而言,转子转速(r)存在最佳值。     

基于拉格朗日的单螺杆销钉挤出机混沌混合分析

从拉格朗日理论的新视角,分析了高分子聚合物熔体在单螺杆销钉挤出机内的流型结构以及流动行为,揭示了销钉强化聚合物熔体输运和混沌混合的机理。使用有限元软件Polyflow计算了流场的速度分布和混合指数;借助Matlab数学软件进行自主编程对速度场进行积分得到了三种不同销钉挤出机模型的有限时间李雅普诺夫指数。结果显示,在加入销钉之后,单螺杆销钉挤出机流域中出现了圆柱绕流现象,绕流产生的尾迹将撞击螺棱,销钉和螺棱的这种相互作用将加剧聚合物熔体的拉伸作用。每个销钉都将产生尾迹,随着销钉数量的增加,导致流域中产生了更多的尾迹。尾迹与销钉相互作用得到了增强,导致流域中产生了更多的涡结构,说明流域中的大部分熔体处于混沌混合的状态。混沌混合使销钉挤出机内的流体拉伸作用得到了增强,流体的混合指数得到增加,混合效率也逐渐增大。     

不同转子构型的部分充满密炼机胶料流场数值模拟

使用软件Fluent对Banbury和Roller转子部分充满状态下的密炼机胶料流场进行二维等温数值模拟.研究结果表明:Roller密炼机流场更加频繁地经历最大剪切应力,两转子间的交换更加剧烈,胶料流动更复杂;Banbury 密炼机流场的平均混合指数略大于Roller密炼机,但所需要的扭矩输入较大.     

丁基胶囊再生新工艺的影响因素

将废旧丁基橡胶(IIR)胶囊和解联剂、石腊油通过自制的同步转子实验密炼机混炼制备了IIR再生胶,考察了填充系数(β)、转子转速、混炼时间、解联剂及石蜡油用量对IIR再生胶硫化胶物理机械性能的影响.结果表明:当在β值为1、转子转速为100 r/min、混炼时间为15 min、解联剂为3.5份、石蜡油为5份的工艺条件下,IIR再生胶硫化胶的物理机械性能达到最佳.     

多层刚柔组合桨诱发流场界面失稳强化非牛顿流体混沌混合行为

传统多层刚性桨用于假塑性非牛顿流体混合搅拌死区较大,流场界面稳定,混合效率低。提出多层刚柔组合桨诱发流场界面失稳强化非牛顿流体混沌混合的方法。实验以羧甲基纤维素钠为非牛顿流体体系,通过扭矩传感器测量功率特性,酸碱中和脱色法测定混合时间,并利用Matlab 软件编程计算最大Lyapunov 指数,分析了非牛顿流体混合过程中的混沌特性及其混合性能。结果表明,组合方式为RF-（PBTD+PBTD+DT）、桨叶排列方式θ=60°、柔性片长度安装比例r=0.8、1.2时,混沌程度较高,混合性能较好。多层刚柔组合桨可以产生多股螺旋流,并在层间柔性片扰动频率差下实现流场界面失稳,搅拌死区减小,在较低转速下使体系进入混沌状态（多层刚柔组合桨体系N>88 r/min时LLE>0,多层刚性桨体系N>125 r/min时LLE>0）;在相同转速下,多层刚柔组合桨混合速率、单位体积功率高于多层刚性桨,而单位体积混合能大致相同。     

三种转子密炼机混合特性对比分析

采用有限元法,对4WS、4WH和6WI三种转子密炼机流体的混合特性进行了对比分析。利用Pro/E软件对三种转子密炼机进行三维几何建模,使用Gambit软件对转子及流场区域进行网格划分,采用Bird-Carreau本构模型表征密炼机加工流体特性,利用Polyflow软件进行流场计算。利用瞬时和平均混合效率、分离尺度等参数来描述三种密炼机流体的分布混合。计算结果表明,由于6WI转子密炼机的变间隙结构,具有较为复杂的流场结构,以及相对较高的分布混合特性。     

差速双螺杆混炼机非对称流场引发混沌混合特性

差速双螺杆混炼机具有转子几何结构和转速的非对称性,将产生非对称流场,是诱发混沌混合的源驱动力。基于网格叠加技术,采用有限元法对三种差速双螺杆混炼机端面流体流动进行数值模拟。利用Poincaré映射、平均对数线拉伸率、粒子束分布指数、平均混合效率和位移频谱曲线等研究了差速双螺杆混炼机非对称流场诱发的混沌混合特性。结果表明,随着差速比的增大,差速双螺杆混炼机流体的位移频谱成分愈加丰富,增大了流体从一根转子流向另一根转子的概率,强化了非对称流场的混沌混合。     

基于拉格朗日法偏心双螺杆挤出机混合机理分析

利用有限时间李雅普诺夫指数(FTLE)和拉格朗日拟序结构(LCS),并结合混合指数和瞬时混合效率等,对比分析了偏心距为0、2、4 mm的3种偏心双螺杆挤出机流场内的混合特性。结果表明,当偏心距为4 mm时,偏心双螺杆挤出机中流体粒子的遍历范围较大,拉格朗日拟序结构较为完整;流域中存在双曲不动点,流体粒子经历了相对较好的拉伸和压缩作用。通过瞬时混合效率参数分析表明,偏心距为4 mm的偏心双螺杆挤出机的混合效率优于其他2种模型。     

部分充满密炼机胶料流动的数值模拟研究

采用软件FLUENT建立密炼机部分充满胶料流动的二维等温有限元模型,通过对胶料自由界面的数值模拟追踪,分析流体的流动状态,借助于混合指数和剪切应力分析评估转子的分散混合效率,并将部分充满密炼机流场与全充满密炼机流场进行对比。结果表明:相对于全充满密炼机的稳定流场,部分充满密炼机流场流动非常复杂;全充满密炼机的分散混合能力优于部分充满密炼机,但是所需的扭矩输入更大。     

硅橡胶/TPU动态硫化热塑性弹性体的配方和加工工艺的研究

以热塑性聚氨酯弹性体(TPU)和有机硅橡胶(SIR)为基体,通过Hakke密炼机采用动态硫化的方法制备了热塑性弹性体(TPV)。研究了不同制备条件下得到的TPV的性能。结果表明,TPU/SIR共混物质量比为50∶50、密炼机加工温度为180℃、转速为70 r/min、硫化时间为4 min时,TPV的加工性能、力学性能、毛细管流变性能和微观形态达到一个较好的平衡点。     

转子转速对乙烯-乙酸乙烯酯共聚物/三元共聚尼龙热塑性硫化胶性能的影响

使用密炼机,采用动态硫化工艺制备了乙烯-乙酸乙烯酯共聚物/三元共聚尼龙热塑性硫化胶（EVM/tPA TPV）和乙烯-乙酸乙烯酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物/三元共聚尼龙热塑性硫化胶（EVM-GMA/tPA TPV）,研究了转子转速对两种热塑性弹性体体力学性能和耐热油等性能的影响。结果表明,在一定范围内提高转子转速,热塑性弹性体的力学性能呈上升趋势,当转子转速为80 r/min时,两种热塑性弹性体的综合力学性能最佳;当转子转速达到60 r/min以上时,两种热塑性弹性体的耐热油性能良好;随着转子转速的增加,两种热塑性弹性体的弹性得到改善;在相同转子转速条件下,EVM-GMA/tPA TPV比EVM/tPA TPV具有更好的力学性能、弹性和耐热油性能。     

密炼机转子速度对混炼工艺性能的影响

一、前言有关密炼机转子速度的争论,一直未取得令人满意的结果。美国橡胶工厂主要使用转子速度80r/min的密炼设备,一般认为高速转子好;而日本橡胶工厂广泛使用40r/min的设备,认为低速也满不错,各持已见。共同点,就是近年来都积极采用直流电机控制转速。     

ZZ2转子密炼机填充量的确定

研究填充量对ZZ2转子密炼机混炼质量和效率的影响,以确定ZZ2转子密炼机的合理填充量.结果表明,通过调整填充量,可改善ZZ2转子密炼机的混炼质量,提高生产效率;在转子转速为50 r·min-1下,当压砣压到位不再浮动的时间为15～25 s时,胶料混炼质量较好,此时的填充量为ZZ2转子密炼机的合理填充量.