基于拉伸流动的锥面磨盘混炼过程数值模拟

基于拉伸流动机理对串联磨盘挤出机的磨盘端面形状进行结构改进,并借助Polyflow软件对锥面磨盘与普通磨盘混炼过程进行数值仿真。结果表明:与普通磨盘相比,锥面磨盘形成的收敛流道内物料粒子容易产生拉伸流动,可以产生更强的剪切流场和拉伸流场,提高了流道内熔体物料的剪切速率和拉伸速率,可以获得更高的瞬时拉伸混合效率和平均拉伸混合效率,具有更强的拉伸分散作用,流道内物料粒子的混合效果更好因,此锥面构型磨盘混炼设备可以提供更好的塑化混合效果。     

双螺杆挤出机磨损程度对PP/GF共混过程流场的影响

本文采用数值模拟方法分析了同向双螺杆挤出机磨损程度对PP/GF共混物制备过程中混炼流场的影响。通过流变测试得到PP物料黏度与剪切速率的关系;对双螺杆挤出机混炼区域的螺纹元件建立三维模型,运用Polyflow软件对熔体在该区域的混炼流场进行分析,对比螺纹元件磨损前后的混炼流场的压力、速度、剪切速率和混合指数的分布。结果表明:随着双螺杆挤出机磨损程度的增大挤出机对聚合物熔体的剪切和拉伸作用减弱,其分散和分布混合能力也会随之降低。     

同向双螺杆拉伸元件的设计及混合性能的研究

根据聚合物加工过程的拉伸流动设计了一种非啮合拉伸元件，并将该元件与S形元件的两种构型的混合性能进行了对比分析。通过数值模拟得到了非啮合拉伸元件流场与S形元件流场的出入口压差及累积最大拉伸速率分布。通过实验手段将非啮合拉伸元件与S形元件对聚丙烯(PP)/聚苯乙烯(PS)不相容体系相态结构的影响进行了对比研究。结果表明，非啮合拉伸元件的输送能力不如S形元件，但拉伸效果、分散混合能力均高于S形元件。     

基于拉伸流动的串联磨盘挤出机设计与数值模拟

基于拉伸流动机理对传统串联磨盘挤出机磨盘端面形状进行了结构改进,并借助于计算流体动力学软件Polyflow对磨盘混炼段进行了数值仿真,对比分析了锥面磨盘与普通磨盘的剪切速率、拉伸速率、瞬时拉伸混炼效率和平均拉伸混炼效率及锥面磨盘间隙和凸棱高度对锥面磨盘拉伸流场大小的影响。结果表明,与普通磨盘相比,锥面磨盘形成的收敛流道内熔体粒子主要作无旋流,受到更大的拉伸流场和剪切流场作用,可以获得更高的瞬时拉伸混合效率和时间平均拉伸混合效率;锥面磨盘要获得较强的拉伸流场,存在最佳磨盘间隙和凸棱高度。     

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。     

拉伸孔混炼单元混炼性能模拟

为提高注塑机加工聚合物的混炼能力,采用Solidworks软件构建了拉伸孔混炼单元三维实体模型。利用Polyflow软件的流体有限元分析功能对拉伸孔混炼单元进行模拟分析,并与普通螺杆单元作对比分析。通过统计粒子的停留时间概率分布曲线、分离尺度曲线、最大剪切应力曲线,表明拉伸孔混炼单元对聚合物流体的分布混合性能和分散混合性能均优于普通螺杆单元,从而得出拉伸孔混炼单元的混炼性能优于普通螺杆单元的结论。     

新型偏心啮合盘元件的混沌混合特性

在双螺杆挤出机中引入偏心圆啮合盘元件,分析了新型啮合盘元件偏心圆啮合盘元件的压力场、速度矢量场、剪切速率场和混合指数场。同时比较了其在不同错列角和偏心距下的对数拉伸率、最大剪切速率、停留时间分布、分布指数和分离尺度。结果表明,偏心圆啮合盘元件轴向和周向压力梯度较大,两转子棱峰之间区域流动性较好。偏心圆啮合盘元件的轴向间隙和螺棱顶隙为其提供了良好的剪切能力。偏心搅拌提供了较强的拉伸作用,增强了其拉伸折叠效果,从而使其具有较好的混沌混合能力。对比不同的几何参数发现错列角为60°和偏心距为5 mm的啮合盘元件拥有较好的分散混合性能和分布混合性能。通过粒子可视化及其混合特性曲线分析,为深入了解偏心搅拌提供了理论依据。     

注射机屏障型螺杆结构设计及其数值模拟研究

根据生产实际设计了几款不同结构参数的屏障型螺杆混炼元件,并借助计算流体动力学软件POLYFLOW分别对各结构进行数值仿真,并对其混炼性能和塑化能力进行了对比。结果表明:增加螺槽深度有助于提高混炼元件作用下的熔体的混合指数,但会导致熔体压力下降;屏障间隙与剪切速率成反比例关系,当屏障间隙约为1 mm时,屏障混炼元件对熔体具有较好的剪切作用和拉伸作用;螺旋角为60°时,屏障元件具有良好的拉伸速率、剪切速率和熔体压力。     

偏心距对波状单螺杆元件混合性能的影响

设计优化了偏心距分别为0、2、3.5、5 mm的波状单螺杆元件，采用聚合物流动分析软件Polyflow对不同偏心距的波状单螺杆元件进行流场和混合性能的数值模拟。采用粒子示踪法，分析比较粒子经历的最大剪切速率、非弹性应力张量第一特征值、停留时间、混合指数、混合效率、分离尺度等表征混合性能的特征参数，同时，以体积流率表征对输送效率的影响。模拟分析结果表明，偏心距逐渐增大，螺槽深度周期性变化增大，物料受到的剪切作用、应力作用、拉伸作用等得到增强，更多粒子经历了更大的剪切速率、混合指数、停留时间等，有利于多组分物料的破碎和掺混，波状单螺杆元件的分散混合和分布混合性能均逐渐增强，同时，保证了较高的输送效率。     

新型混炼组件加工聚合物混合性能模拟对比

以聚碳酸酯(PC)为模拟材料,分别采用复合组件和屏障组件,应用聚合物流体动力学软件Polyfl ow,对这两种新型混炼组件加工聚合物的混合性能进行模拟与对比分析。结果表明,复合组件和屏障组件的流场都以拉伸作用为主,复合组件内流场的最大拉伸强度要高于屏障组件;复合组件流场中粒子受到的最大剪切速率相对比较小,最大剪切速率主要集中在小于400 s-1的区域,在最大剪切速率大于400 s-1的区域,屏障组件内流场受到的剪切作用强度要略高于复合组件;复合组件和屏障组件的分布混合性能相差不大,屏障组件对物料的拉伸作用要强于复合组件,分散混合效果更好,复合组件对物料的混合效率要好于屏障组件。     

同向双螺杆挤出机中不同导程螺纹元件的流动和混合模拟

本文应用POLYFLOW软件，选用三维非等温、Cross模型，对高聚物熔体在双螺杆挤出机不同导程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流线、流迹和停留时间、剪切速率、剪切应力、拉伸速率的分布。根据实验显示的各组数值；对该种元件在不同导程下的混合性能进行了量化分析对比，并得出结论。     

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。     

原位气泡拉伸分散法研究

提出了一种用非机械力场分散聚合物熔体中无机粉体的新方法：原位气泡拉伸法。该方法是利用一定条件下聚合物熔体中气泡快速膨胀时，对周围聚合物熔体产生的快速拉伸作用，实现无机粉体分散的新方法。理论计算表明，气泡膨胀时可以使其周围的聚合物熔体产生高达10^6s^-1的拉伸速率，比一般机械分散法所能获得的剪切或拉伸速率高两个数量级，因而可以获得优于常规分散混合的分散效果。     

屏障混炼塑化单元在成型加工中的聚合物输送特征研究

对新型聚合物叶片注塑成型机中的屏障混炼塑化单元进行了三维建模,采用网格重叠技术对流体区域进行网格划分。通过对轴向压力分布以及偏心距与剪切速率、拉伸速率关系的研究,分析了该单元成型加工聚合物输送特征。结果表明:新型屏障混炼塑化单元具有良好的正位移输送能力,有利于聚合物熔体的塑化混合,其中由转子转动产生的空隙体积的变化是屏障混炼塑化单元产生拉伸流场的主要原因;随着偏心距的增大,屏障混炼塑化单元的剪切速率和拉伸速率均增大,拉伸流场的作用增强,从而在剪切流场的基础上实现了强拉伸流场。     

双转子连续混炼机混合过程的统计学分析

利用Polyflow软件,对聚合物熔体在双转子连续混炼机内的混合过程进行了统计学分析。通过计算转子转过不同角度时的三维等温拟稳态流场,采用粒子示踪分析（PTA）方法,对聚合物熔体在双转子连续混炼机内的动态混合过程进行了可视化模拟;在此基础上对1000条粒子的运动轨迹进行统计学分析,得出了停留时间分布、累积最大剪切速率分布、百分比粒子所受的剪切速率随时间的变化等参数,并分析了其对双转子连续混炼机混合性能的影响。     

转子结构和工艺参数对双转子连续混炼机混合性能的影响

利用POLYFLOW软件,对聚合物熔体在双转子连续混炼机混炼段的拟稳态流场进行数值模拟,采用粒子示踪分析方法对物料所经历的流场特性进行统计学分析。得到了平均剪切应力、停留时间分布、累积最大拉伸速率等参数,通过其分析了转子结构和工艺参数对双转子连续混炼机混合性能的影响。结果表明,转子转速的提高使得物料所经受的剪切和拉伸作用增强;喂料速率的提高,使比剪切速率减小,物料在混炼段的停留时间变短;螺棱交汇区长度减小,流场中的剪切作用增强,螺棱交汇区长度和螺棱包角对停留时间分布的影响不大。最后对数值模拟的结果进行试验验证,结果基本一致。     

腰鼓构型对混合性能的影响及其在制备CF/PVDF复合材料的应用

文章利用Polyflow软件,对密炼机叠片式转子和新型高拉伸腰鼓形转子的混炼流场特性进行了数值模拟。采用示踪粒子法(PTA)与实验验证的方法探讨了不同构型转子的分散与分布混合性能,并对所制备CF/PVDF复合材料的力学性能、CF残余长度及分布进行了表征。研究表明:腰鼓形转子混炼流场中较弱的剪切作用赋予复合材料中较长的碳纤残余长度,其较强的拉伸流动特性使碳纤在基体中得到良好分布,使CF对PVDF的增强作用更加显著。     

数值模拟研究螺纹元件的混合性能

使用FEM方法数值模拟了同向双螺杆螺纹混合元件和普通螺纹元件流道中硬聚氯乙烯的流动过程,计算了2种螺纹元件流道内熔体的非等温流场,使用粒子示踪法统计分析了2种螺纹元件流道内熔体的混合性能.研究结果表明,螺纹混合元件具有较均匀的剪切速率分布、较平缓的温度分布和较强的分散与分布混合能力,但是其输送能力较小.     

卧式单轴捏合反应器流动与混合特性的数值模拟

选取卧式单轴捏合反应器为研究对象,搭建了一个可视化实验装置来研究其分布混合过程,并且通过三维有限元数值模拟方法和网格重叠技术获取了高黏牛顿流体在反应器中的流速分布、剪切速率分布与混合指数分布,进一步采用粒子示踪技术分析了全局与局部分布混合过程,对示踪粒子的运动轨迹进行统计分析得到了拉伸率与混合效率,并且考察了搅拌结构对流动与混合过程的影响。结果表明,实验与数值模拟结果吻合较好。捏合反应器中几乎不存在流动死区,搅拌轴上的动态捏合杆与搅拌槽壁面上的静态捏合杆之间存在周期性的捏合作用,可以强化自清洁性能、剪切作用、整体与局部分布混合过程、分散混合性能以及混合效率。拉伸率随着混合时间以指数形式增加,时均混合效率大于零。     

三螺棱孔型拉伸单元加工聚合物混合性能模拟

为解决普通螺杆单元对聚合物粒子混合效果较差的问题，提出了三螺棱孔型拉伸单元，并且，利用流体仿真软件Polyflow与普通螺杆单元加工聚合物进行了模拟对比。结果表明，孔型拉伸单元的聚合物粒子的混合指数分布区间更高，以大于0.5区域为主，最大混合指数达0.778 9;孔型拉伸单元的最大剪切应力集中分布在0.06～0.08 MPa之间，与普通螺杆单元的0.04～0.06 MPa相比较高；孔型拉伸单元的聚合物粒子经历的累积停留时间更长，集中分布在6 s以上，普通螺杆单元的集中分布在4～6 s;孔型拉伸单元的分离尺度曲线下降更迅速，当在轴向长度为20 mm时，迅速下降至最低点；当轴向长度为20～70 mm时，曲线平缓无波动，聚合物粒子无团聚现象。因此，孔型拉伸单元对聚合物粒子的分散混合和分布混合的能力大于普通螺杆单元，孔型拉伸单元能够提高聚合物粒子的混合效果。