不同螺杆构型混合性能与接枝反应接枝率关系的研究

研究了不同螺杆构型的混合性能以及低密度聚乙烯熔融接枝马来酸酐的过程，探讨了不同螺杆构型的混合性能与接枝反应接枝率的关系。用酸碱滴定法对样品的接枝率进行了测定，并对物料在挤出机内的停留时间分布以及不同螺杆构型下两相聚合物的混合效果进行了研究。结果表明，螺杆元件的混合性能对接枝反应挤出过程有较大的影响，采用具有优异混合性能的捏合块元件时反应具有较高的接枝率，采用具有高拉伸性能的S形元件和具有高回混性能的非啮合多过程元件均能迅速提高接枝率。     

不同结构单螺杆屏障混炼元件混合特性研究

运用有限元分析软件Polyflow对不同结构和不同螺杆转速下的修正Maddock混炼元件流场进行三维非等温数值模拟,得到了流场的压力、速度、温度和剪切速率的分布;利用粒子示踪法(PTA)对不同结构和不同螺杆转速的修正Maddock混炼元件流场内聚合物熔体所经历的混合过程进行模拟,并对结果进行了统计学分析;通过比较平均解聚功等参数对不同结构和不同螺杆转速下修正Maddock混炼元件的分散混合效果进行分析研究,并借助实验进行验证。结果表明,等腰反向型修正Maddock混炼元件对聚合物熔体的剪切作用和分散混合性能最好;适当提高螺杆转速可以有效地促进物料的分散混合。     

啮合同向双螺杆挤出机中组合螺杆性能的数值研究（Ⅱ）混合特性分析

采用有限元软件POLYFLOW,对组合式啮合同向双螺杆挤出机ZSK60中不同构型的组合螺杆进行了混合分析。通过计算螺杆转过不同角度时的拟稳态流场,采用粒子示踪分析(PTA)方法,对组合螺杆中聚合物熔体的动态混合过程进行了可视化模拟;在此基础上通过对大量粒子运动轨迹的统计处理,分别采用停留时间分布、分布混合指数、分离尺度等累积混合指数表征了组合螺杆的轴向混合性能、分布混合性能以及分散混合性能。此外还研究了不同工艺条件下组合螺杆的混合特性。并将部分数值模拟结果与前人实验研究进行了对比。     

高分散混合元件设计及混合性能的研究

根据啮合同向双螺杆挤出机的啮合原理,设计了一种高分散混合双螺杆元件。运用Polyflow有限元分析软件对该双螺杆元件的3种螺杆构型的流场进行了模拟分析,并且对这3种螺杆构型进行了实验研究。研究表明,错列角为150°的元件的分散混合性能最好,其次是错列角为30°的元件,错列角为90°的元件的分散混合性能最差。     

聚丙烯/无机纳米粒子在双螺杆挤出机内的分散混合效果数值模拟

采用三维有限元数值模拟方法,研究了聚丙烯(PP)/无机纳米粒子在双螺杆挤出机的三种螺杆组合元件流道内的分散混合效果。通过对比分析三种螺杆组合下无机纳米粒子的剪切应力和剪切速率、停留时间分布及粒径分布等结果,发现含错列角45°捏合块的螺杆组合对其流场中大部分粒子的剪切作用最强,含错列角60°捏合块的螺杆组合次之,含错列角90°捏合块的螺杆组合最弱。与另两种螺杆组合相比,含错列角45°捏合块的螺杆组合流场中,无机纳米粒子团聚体的数量最少,剥离出的碎片数量最多,即在含错列角45°捏合块的螺杆组合条件下无机纳米粒子在PP熔体中的分散效果最好。     

三螺杆分散混合数值模拟及实验分析

为了研究平行同向啮合三螺杆挤出机的分散混合效果,采用离散元法对三螺杆挤出机中聚丙烯(PP)/低密度聚乙烯(PE-LD)两种塑料颗粒在加料段的混合情况进行数值模拟。首先建立了三螺杆挤出机的三维模型,在EDEM软件中仿真出不同螺杆转速下挤出机的混合效果,通过对收集盒分层处理计算得出混合过程中混合均匀度的变化趋势。分析结果表明,当转速为200 r/min时,三螺杆挤出机有最高均匀度稳态值,此时分散混合效果最好。在转速低于200 r/min时,表现为螺杆的转速越高,塑料颗粒混合均匀度稳态值越高,所用最佳混合时间越少;当转速高于200 r/min时,物料颗粒所用最佳混合时间继续减少,但均匀度稳态值下降。同时捏合块对挤出机的混合效果影响较大,最优是单根螺杆轴上安装2个捏合块。最后通过自行设计的小型三螺杆挤出机做验证实验,结果表明,此次实验与仿真模拟表现一致,200 r/min转速下两种塑料的分散混合效果最佳。     

铝粉高填充材料混合流场数值模拟及实验研究

应用Polyflow软件模拟计算了4种总长度为440 mm的螺杆熔体混合段内铝粉高填充复合材料的三维混合流场。通过对各个螺杆组合流道的剪切速率、剪切应力、轴向速度分布等指标进行分析,研究了这4种螺杆组合的流场分布规律和混合性能;分别对每个螺杆组合上的不同元件的混合特性进行直观的对比。数值模拟与实验分析结果表明,带有反向螺纹元件和捏合块的螺杆对填充材料中的超细铝粉具有更优的综合混合能力。     

非对称差速三螺杆挤出机混合机理分析

设计了非对称差速三螺杆挤出机端面造型，并且，对比其与常规三螺杆、非对称双螺杆挤出机内流体混合行为。对流场中速度矢量场和压力场进行分析，同时，比较分布混合性能中停留时间、分离尺度和混合效率，分散混合性能中最大剪切应力、对数拉伸率和混合指数。结果表明，与常规三螺杆相比，非对称差速三螺杆能有效地避免常规三螺杆中心区回流较大的问题，正向输送能力更强，并且，啮合区两侧压差更大，有利于物料压延。流域内粒子停留时间分布区间集中，分离尺度显著降低，有利于物料分布混合。同时，能提供较强的拉伸作用，使流域内粒子受到更好的拉伸和折叠，从而使其具有较好的混沌混合能力，有利于物料分散混合。     

双螺杆挤压工艺中影响推进剂药料混合优度的因素

研究了用双螺杆挤压工艺混合固体推进剂药科过程中机筒温度、螺杆转速、螺杆混合元件及组合结构对推进剂药科混合段度的影响，认为第一段机筒温度、螺杆转速和螺杆混合元件及组合结构对产品混合优度有明显的影响。     

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。     

往复式单螺杆销钉挤出机典型螺纹元件混合性能研究

使用Polyflow有限元软件对往复式单螺杆销钉挤出机（简称Buss机）的三类典型螺纹元件内物料流动和混合过程进行了数值模拟。流场分析中使用了网格重叠技术。在得到流场速度分布后,基于粒子轨迹跟踪技术计算了物料微元在螺纹元件内的流动轨迹,并分析了Buss机螺纹元件内物料的动态混合过程。以分布混合指数和分隔比例为指标定量地对比了螺纹元件的分布和分散混合性能,在此基础上分析了加工条件、物料特性及销钉布置对Buss机混合性能的影响。数值模拟结果与前人研究有较好的吻合性。     

Numerical simulation of micromixing effect on the reactive flow in a co-rotating twin screw extruder

To control the multicomponent reactions in extrusion, reactive-mixing flow in a co-rotating twin screw extruder was numerically studied in the present paper. Effects of initial species distribution, rotating speed and flow rate on a competitive-parallel reaction were investigated and the relationship between mixing and reactions was discussed from the view of chemical reaction engineering. The simulation results show the studied operational parameters, which determine residence time distribution, earliness of mixing and segregation degree of reactive-mixing flows, affect the local species concentration and reaction time and hence have significant influences on the reaction extent. Orthogonal test was adopted to clarify the significance of operational parameters. The analysis shows that initial species distribution and flow rate are the most important factors in the control of reaction extent, and effect of rotating speed is conditional depending on the micro-mixing status of the fluid.     

同向双螺杆挤出机中齿形元件的流动和混合模拟

应用POLYFLOW软件,采用三维非等温、Cross模型,对高聚物熔体在双螺杆挤出机齿形元件和断裂螺纹元件中的流动和混合过程进行了数值模拟,并用示踪粒子法研究了不同颜色粒子的流迹和停留时间、剪切速率、剪切应力、拉伸速率的分布。在此基础上,对两种元件的分布性混合和分散性混合性能进行的量化分析对比发现,与断裂螺纹元件相比,齿形元件有着弱的输送能力和建压能力,强的轴向温升能力,强的分布性混合能力和分散性混合能力。     

Mixing mechanism of three‐tip kneading block in twin screw extruders

In recent years, twin screw extruders have been applied to various kinds of polymer processing. It has been important to find their optimum geometrical configurations and operational processing conditions for the best performance of extrusions and products. Many engineers have been evolving numerical and the experimental methods to characterize the mixing performance for twin screw extruders. We have carried out three‐dimensional flow simulations of kneading blocks in intermeshing co‐rotating twin screw extruders by using the finite element method to quantify their ability in distributive and dispersive mixing. We discuss their performance in distributive mixing for three different type of kneading blocks in terms of the residence time distribution and the nearest distance between markers at various periods of time, by using the marker tracking method. Those numerical techniques and applications of mixing indices have enabled us to quantify and evaluate their abilities in distributive mixing of kneading blocks in twin screw extruders.     

塑料挤出机新型螺杆——积木式螺杆的设计

提出了积木式螺杆设计方案。该螺杆由芯轴和几个空心螺杆段组成,对于不同的物料,只需更换其中某些空心螺杆段即可。混炼组件也为积木式,可以方便地安装和调换,此设计使得一根螺杆可以成型多种物料。     

同向旋转三螺杆挤出机固体输送段输送特性研究

基于离散元法分别对同向旋转的三螺杆以及双螺杆挤出机固体输送行为进行仿真模拟,对三螺杆挤出机颗粒速度分布以及受力分布进行分析,将三螺杆和双螺杆挤出机颗粒填充效率、输送质量以及质量流率进行对比分析.结果表明,位于螺棱和机筒附近位置的颗粒受到螺棱推力及机筒摩擦力影响较大,具有较高的速度;挤出机内部各区域颗粒填充顺序受螺杆旋转...     

螺旋输送器中颗粒混合过程的模拟

采用离散单元法（discrete element method,DEM）模拟了工业尺度螺旋输送器中两种不同密度与粒径的颗粒的流动状态与混合过程。采用Lacey混合指标的定量分析表明,该输送器的混合性能强烈地依赖于操作条件和结构尺寸,转速和物料的添加速率对混合效果影响最大,其次是混合段螺距和物料粒径。根据工业生产的具体要求,可参考上述发现合理地选择技术参数、提高混合效率、降低能耗。     

齿形盘元件的局部停留时间分布

采用自制荧光检测装置在线测量含齿形盘元件（TME）的双螺杆挤出机的部分停留时间分布（PRTD），利用去卷积方法计算TME的局部停留时间分布（LRTD），并将PRTD转换成停留体积分布（RVD）和停留转数分布（RRD）。研究表明，直齿的LRTD曲线形状比斜齿更宽，其混合能力更强；喂料速率（Q）和螺杆转速（N）的提高均使LRTD曲线向短时间方向移动。等流量转速比（Q／N）的RRD和RVD曲线重合；提高Q／N，使RRD向低转数的方向移动，而RVD向高体积方向移动。对于特定螺杆构型，不同螺杆转速和喂料速率下的RVD曲线仅是体积坐标方向的平移，RVD曲线形状主要取决于螺杆构型。     

非啮合双螺杆挤出过程常规螺纹元件流道三维流场分析——等温牛顿模型

利用ＡＮＳＹＳ有限元分析软件对非啮合双螺杆挤出机螺纹元件中的牛顿流体等温流动进行了三维模拟分析。在得出速度场和压力场的基础上,分析了不同几何条件及操作条件对输送特性及混合能力的影响。