非对称同向双螺杆挤出机加工PP/HDPE/POE共混复合材料的研究

首先分别采用两种不同的同向双螺杆挤出机(新型非对称同向双螺杆挤出机以及传统双螺杆挤出机),制备了聚丙烯/高密度聚乙烯(PP/HDPE)共混复合材料,通过试样力学性能以及微观结构形貌对其加工过程进行了表征。然后采用新型非对称同向双螺杆挤出机进一步制备出了PP/聚烯烃弹性体(POE)、PP/HDPE/POE共混复合材料,分析了HDPE及POE用量对复合材料力学性能的影响,并采用扫描电子显微镜(SEM)观察了共混复合材料的表面微观结构形貌。结果表明:新型非对称同向双螺杆挤出机具备更好的分布、分散混合能力,所加工共混复合材料的分散相颗粒粒径分布更加集中,粒径也更小;HDPE和POE对PP有良好的协同增韧作用,当PP、HDPE、POE的质量比为68:17:15时,PP/HDPE/POE共混体系的综合性能最佳。     

间断副螺棱结构对挤出机内混沌混合影响的数值模拟

建立了混沌单螺杆挤出机计量段展开螺槽的物理模型及数学模型,根据流体符合Carreau定律,借助Ployflow软件,采用网格叠加技术,对聚合物熔体在插有间断结构副螺棱螺槽内的流动进行了数值模拟分析,从统计学的角度结合粒子示踪技术以停留时间分布、分离尺度、混合效率及累计混合指数为指标来表征螺杆的混合性能。结果表明,当副螺棱间断次数多且高度略低于螺槽高时混沌单螺杆混合性能更好。     

利用往复扰动螺棱强化单螺杆挤出机内混合模拟表征

提出了采用副螺棱轴向往复运动提高单螺杆挤出机混合的结构并建立了相应的数学模型。对挤出机内牛顿流体三维周期性流动和混合过程进行了数值模拟。采用有限体积方法,变量分布采用交错网格,副螺棱的周期性运动边界通过叠加网格方式实现。采用4阶Runge-Kutta方法实现流体追踪计算,得到了示踪剂界面增长及累积停留时间分布。采用Poincaré 截面揭示混沌混合存在的区域,证实了副螺棱往复运动能够产生混沌混合效应提高螺槽内的混合效果,与其位置固定时相比,缩短了平均停留时间,停留时间分布变窄。作为对比,同时分析了常规的副螺棱位置固定的单螺杆挤出机内的相应混合行为。     

非对称同向双螺杆端面造型对混合行为影响数值模拟

提出了同向自洁型双螺杆挤出机端面非对称造型的新概念。以符合Carreau定律的纯黏性流体为加工对象,建立相应的数学模型。采用Polyflow软件,基于叠加网格技术,对两种螺杆造型端面内的周期性流动和混合情况进行数值模拟。将粒子示踪技术及分离尺度相结合,研究了流场内分布混合能力;将分散准数与剪切速率相结合,表征了流场的分散混合能力。当两组螺杆单位时间转过的总圈数一致时,螺杆转速比为2∶3的组合混合能力稍优于转速比为2∶1的组合。     

往复副螺棱高度对单螺杆挤出机内混合行为的影响

建立了带有扰动副螺棱的单螺杆均化段数学模型,探讨了不同副螺棱高度对混合的影响。将有限体积方法与叠加网格技术相结合,得到了螺槽内牛顿流体三维等温周期性速度场。采用4阶Runge-Kutta方法进行流体前锋追踪计算,得到了粒子群及示踪剂界面混合行为。Poincaré截面揭示了混沌混合在螺槽横截面内呈现"8"字形带状分布,内外分别被准周期运动区域填充。副螺棱高度越大,混沌混合区域所覆盖的尺度越大,混合能力越好。     

新型非对称同向自洁型双螺杆混合过程模拟表征

介绍了新型非对称同向自洁型双螺杆端面造型特点及运动关系,建立了转速比为2/1的两根螺杆端面造型的物理模型.基于准静态假设,采用叠加网格技术,借助商用Polyflow软件,分别对新型非对称双螺杆和传统双螺杆端面内的周期性二维流动和混合进行数值模拟研究.以分散准数为指标,进行了静态混合及动力学行为表征.通过粒子示踪技术,得...     

一种新型嵌入式行星螺杆挤出机及其混沌混合行为

提出了一种新型嵌入式行星螺杆挤出机结构,引入了周期性扰动及排气功能,研制成功1.5代实验样机。对嵌入式行星螺杆内流动与混合开展了数值模拟研究,初步进行了线性低密度聚乙烯填充10%CaCO3挤出样品扫描电子显微镜测试,并与同向双螺杆挤出机挤出样品进行了对比分析。证实了行星螺杆的周期性扰动可以导致混沌混合的发生,有利于螺杆压力的建立、能有效提高物料分散混合效果和提高制品质量。     

鳞片石墨填充比对PP/HDPE/POE复合材料性能的影响

聚丙烯/聚乙烯/聚烯烃弹性体(PP/HDPE/POE)三元共混体是一种新型导热高分子基体材料,碳类填料可改变其热学性能和力学性能。选用配比为68:17:15的PP/HDPE/POE共混材料作为基材,通过添加粒径为15μm鳞片石墨制备聚合物导热材料,采用新型非对称同向双螺杆挤出机,对不同石墨填充比例对材料的热学性能和力学性能的影响开展了实验研究。结果表明:随着鳞片石墨填充量增多,复合材料流动性变差,热稳定性变好,耐热变形能力得到了提升,热导率也得到了极大改善;同时,复合材料拉伸强度将先减小后增大,材料刚性将逐渐增强,弯曲性能将逐渐提高,但拉伸韧性和冲击韧性将逐渐下降。     

嵌入式行星螺杆挤出机内三维流动数值模拟

基于有限体积方法,对嵌入式行星单螺杆熔体输送段流场进行三维等温数值模拟。通过简化的物理模型来模拟行星螺杆复杂的几何结构,使用用户自定义程序设定了行星螺杆运动的边界条件。通过对嵌入式行星螺杆挤出机内螺槽压力、速度、形变速率张量、拉伸强度的分析,表明行星螺杆速度都有周期性的波动,嵌入式行星螺杆平均形变速率更高并且伴有强的拉伸场作用。通过停留时间分布曲线分析,嵌入式行星螺杆内物料停留时间分布曲线较普通单螺杆更窄,同等转速下产量更高。     

带有扰动副螺棱的单螺杆挤出机内混沌混合

提出一种采用副螺棱轴向往复运动来提高单螺杆挤出机混合的结构,探讨不同扰动幅度对螺槽内混合的影响。建立扰动副螺棱作用下三维周期性物理模型和相应的数学模型,对挤出机内牛顿流体三维周期性流动和混合过程进行计算。采用有限体积方法,变量分布采用交错网格,副螺棱的周期性运动边界通过叠加网格方式实现。采用4阶Runge-Kutta方法实现流体运动前锋追踪计算,对比Poincaré截面,得到示踪剂空间构型演变及界面增长。结果表明,副螺棱往复运动将导致螺槽内部的混沌混合区域围绕内部KAM管,并被外部准周期运动区域包围。处于混沌区域的流体界面呈现指数增长规律,而处于准周期运动的区域界面随时间仍然保持线性增长。副螺棱扰动幅度越大,内部准周期混合区域越小,混沌场覆盖的尺度越大。