基于FDM螺杆式3D打印陶瓷基复合材料成型工艺参数的研究

基于螺杆式FDM快速成型设备,可以打印结构复杂、致密度高的氧化铝陶瓷粗坯,其工艺参数的选择对零件的成型精度有重要的影响。本文以PLA-PP-PW-SA为黏结剂的氧化铝陶瓷基复合材料为实验材料,探究了在喷嘴直径一定的情况下,质量流量与螺杆塑化温度和成型温度、容腔压力、螺杆转速的变化规律,并探究了不同层高下的打印效果。结果表明:在喷头直径为0.4 mm,螺杆塑化温度为160℃,成型温度为175℃,螺杆转速为0.3～0.8 r/min,容腔内压力在0.2～1.0 MPa,层高为0.2 mm的工艺参数下能够打印出较为理想的陶瓷粗坯。     

小型纺丝螺杆结构尺寸的优化分析

介绍了化纤纺丝螺杆的工作原理;针对25 mm小型螺杆纺丝过程中易堵料的现象,根据螺杆特性及固相分布曲线,对聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)和聚丙烯(PP)纺丝用螺杆的结构尺寸进行优化。结果表明:高熔点的物料应当适量增加螺杆加料段的有效长度来充分预热物料,防止发生堵塞现象;计量段螺槽深度(H3)影响螺杆的挤出量,但H3越大,螺杆的挤出量受压力波动的影响就较大,应根据螺杆特性曲线确定合理的H3;对于PET,H3为1.25 mm较适宜,在最大转速为40 r/min时,螺杆最大挤出量(Q)为3.133kg/h,而对于PP,H3为1.0 mm较适宜,在最大转速为85 r/min时,Q为3.9 kg/h,满足实验样机的要求。     

螺杆塑化熔融沉积成型件精度分析与优化

在螺杆塑化熔融沉积成型过程中,多个因素耦合共同影响制品的精度。主要分析了喷头温度T、层厚h、打印速度vp、螺杆转速vc、打印间距d对成型件尺寸精度、表面精度的影响。以螺杆塑化的FDM设备为试验台,设计基于正交试验法的优化方案,采用极差分析法优化各指标。结果表明:累计误差使z方向的尺寸精度最低;上述各因素对x、y、z 3个方向尺寸精度的影响程度分别为:Thvpvcd;Tvcvpdh;Thvcvpd;整体分析,各因素对综合尺寸精度和表面精度的影响程度分别为:Thvcvpd;Tvcvpdh;最优参数组合为:T=175℃,h=0.4mm,vp=1 500 mm/min,vc=0.6 r/min,d=0.48 mm。经过对比,精度明显提高,证明了分析优化的合理性。     

重油燃烧器Y型喷嘴气液两相流动与雾化特性模拟

为改善重油雾化质量,针对沥青站重油燃烧器Y型喷嘴,运用CFD (Computational Fluid Dynamics)方法研究了喷嘴结构参数(混合室长度、入口直径比、入口夹角)与雾化参数(重油流量、空气入口压力、重油温度)对喷嘴气液两相流动与雾化特性的影响。结果表明,结构参数与雾化参数直接影响喷嘴内油膜厚度与气液两相速度差;不同参数下,喷嘴气耗率与液滴索泰尔平均直径的变化规律相反;综合考虑两个雾化性能指标,混合室的适宜长度为15~20 mm,入口夹角的合理范围为60°~75°,入口最佳直径比为1.0~1.1;为保证重油获得较好的雾化效果,空气入口压力应大于0.5 MPa,这为优化Y型雾化喷嘴的结构与运行参数提供了参考。     

FDM型3D打印机螺杆设计与性能分析

螺杆挤出式熔融沉积成型(FDM)喷头解决了传统喷头对打印材料选择范围限制较大的问题。基于螺杆挤出机构的工作原理,设计了应用于桌面级3D打印设备的小型化螺杆挤出系统,并搭建了运动平台。为保证挤出系统安全稳定运行,根据3D打印工况核算了螺杆强度,并通过静力学有限元分析对结果进行了验证,明确了其应力集中现象在螺杆根径较小的加料段螺棱底部最明显。加料段截面平均应力为15.799 MPa,远小于材料许用应力278.333 MPa,强度符合要求。进行了流场的数值模拟,讨论了两类实际存在的螺杆-料筒间隙变化对流场的影响,结果表明,间隙变化量小于0.05 mm时,流场参数趋近理想状态,大于0.1 mm时,则对挤出机构性能带来不利影响,因此,合理的结构设计能提高挤出系统的刚度,保证制品质量。     

立式循环撞击流反应器不同撞击间距下混合性能分析

为优化和改进立式循环撞击流反应器的结构布局,提高其混合性能,本文采用Fluent软件对立式循环撞击流反应器在导流筒不同间距结构下的流场进行数值模拟,反应器上下两导流筒的间距D设置为60 mm、80 mm、100 mm、120 mm,反应在3组转速下分别进行w=5 r/s、15 r/s、25 r/s。计算结果表明：在相同转速下,导流筒间距D=80 mm时的特征撞击面上的平均速度最大,说明该结构下对应的传质效果更好;在相同转速下,导流筒间距D=60 mm时撞击面径向速度分布的均方根差σ最大,表明该结构下速度分布的梯度最大,流场剪切混合效果更好。     

挤出工艺对PP/BaSO4复合材料共混效果与性能的影响

使用双螺杆挤出机在不同的挤出工艺下制备了聚丙烯/硫酸钡(PP/BaSO_4)复合材料。通过微观形貌、力学性能等分析螺杆转速和喂料速度对材料的影响。结果表明,BaSO_4团聚体的分散受螺杆转速影响较大;在相同喂料速度下,随螺杆转速增加,BaSO_4团聚体数量和尺寸明显减小,使用750 r/min的螺杆转速在90 kg/h和120 kg/h的喂料速度下PP/BaSO_4共混效果较好; PP/BaSO_4中团聚体数量较少时有利于其冲击强度,其他力学性能受工艺影响较小。螺杆转速比喂料速度对挤出熔体温升的作用更明显,在满足分散的前提下,应尽量采用低转速高喂料的方式; Polyflow软件为高分散混合工艺调整提供了指导。     

基于螺杆挤出式3D打印设备的双螺杆设计与仿真

针对熔融沉积成型(FDM) 3D打印设备耗材选择范围有限、喷头挤出力不足且易堵塞等问题,基于现有3D打印成型技术和螺杆挤压技术,设计了一种适用于桌面级3D打印成型设备的双螺杆结构,实现了由工业级到桌面级的小型化便捷优化。通过分析其工作机理,确定了挤压系统中核心部件螺杆的基本结构参数,建立了三维实体模型。运用有限元分析方法,研究了螺杆结构受载后的应力和形变分布规律。分析结果表明,新型螺杆在工作载荷下,最大形变量出现在螺杆头部,且只有0.031 mm,满足螺棱间隙范围和螺杆刚度要求;螺杆根部受到较大的扭矩,最大应力强度和剪应力均出现于螺纹起始外端面处,且各项应力指标均满足强度要求,此结果与基于理论计算的强度校核结果一致,说明该螺杆能正常工作运转,进一步说明该新型螺杆结构设计合理,从而为更深一步的热流体熔融挤压分析研究提供理论基础。     

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。     

盘式螺杆微注塑机塑化性能研究

使用 COMSOL Multiphysics 有限元仿真软件对盘式螺杆微注塑机中的旋转盘式螺杆的塑化加工过程进行仿真研究。在螺杆旋转运动时，分析塑化单元中聚合物的流动与传热相变情况。结果表明，在螺杆结构不变的前提下，主要工艺参数中加热温度对塑化性能的影响较大，螺杆转速的影响较小。同时基于仿真结果，对盘式螺杆的下一步结构优化提供参考依据。     

拉伸流动静态混合器混合性能的实验研究

设计了1种能够增强聚合物混合效果的拉伸流动静态混合器（EFM）,以高密度聚乙烯/聚苯乙烯（PE⁃HD/PS）作为混合体系,根据共混体系扫描电子显微镜（SEM）照片及分散相的平均粒径,研究了不同盘形结构和不同盘棱间隙（δ）（0.125~2.0 mm）下EFM的混合性能。结果表明,EFM的盘形入口结构对其混合性能影响较小,混合能力随盘棱顶端圆角半径的增大而有所提升,随δ的增大出现先降低再升高又降低的变化趋势。     

双轴取向聚氯乙烯管材最佳拉伸温度和径向拉伸比的研究

以聚氯乙烯（PVC）树脂为主要原料，通过一步法挤出加工方式，采用纯净配方，在配方和轴向拉伸比不变的情况下，将拉伸温度设置为80、85、88、90 ℃，径向拉伸比设为1.8（坯料管外径63 mm、壁厚5.2 mm）和1.9（坯料管外径为60 mm、壁厚6.0 mm）制备双轴取向聚氯乙烯（PVC⁃O）管材。通过对不同工艺生产的管材进行静液压试验、落锤冲击试验、拉伸试验、环刚度试验来表征管材的力学性能。结果表明，适合此配方和轴向拉伸比的PVC⁃O管挤出成型的最佳拉伸温度为85 ℃，最佳径向拉伸比为1.9。     

基于响应面法的对乙酰氨基酚片剂FDM成型的工艺优化研究

基于响应面方法，探究熔融沉积成型（FDM）技术参数对制备对乙酰氨基酚（APAP）片剂的成型精度的影响规律，得到最优试验方案并进行验证。结果表明，FDM技术制备APAP片剂水平与竖直方向尺寸误差影响因素主次顺序分别为：喷头温度>平台温度>打印速度；喷头温度>打印速度>平台温度。喷头温度与平台温度的交互作用对APAP片剂成型精度的影响极其显著。优化的试验方案为：打印速度为75 mm/s、喷头温度为225 ℃、平台温度为56 ℃，相对误差较小，结果可靠。     

层叠流道中天然高分子挤压流动过程的数值模拟

为探究层叠流道中天然高分子材料挤压流动过程与混合特性，建立层叠流道的三维物理模型和有限元网格模型，利用POLYFLOW软件计算了食品熔体在不同的入口流量，挤压过程中的压力、速度、剪切速率分布。结果表明，压力沿着挤出方向呈梯度递减，随着入口流量增大中间位置压力差增大；剪切速率在流道中变化明显，剪切速率从流道中间位置向四周递减，从壁面到流道内部递减；速度在流道内沿着挤出方向先增大后减小，靠近壁面速度小；层叠扭转流道的结构和尺寸设计，有助于提高天然高分子物料的混合效果，并且第1、4层流道混合效果优于第2、3层流道，提高入口流量也有利于提高物料的混合效果。     

雾化器结构参数对循环流化床锅炉SNCR脱硝性能影响研究

还原剂雾化质量对循环流化床锅炉旋风分离器SNCR脱硝效率具有重要影响,为研究空气雾化喷嘴结构参数对雾化质量及脱硝效率的影响,采用数值模拟的方法对喷嘴的4个结构参数即撞击件长度、出口直径、混合室长度和气液入口交角,进行单因素分析和正交数值试验,结果表明影响旋风分离器烟气脱硝效率的主要因素是喷嘴出口直径,次要因素是撞击件长...     

浸渍方式对纤维增强聚酰胺6复合材料真空袋压成型工艺及性能的影响

利用己内酰胺的阴离子聚合，采用真空袋压成型（VBPM）法制备了玻璃纤维（GF）增强聚酰胺6 （PA6/GF）复合材料，通过自行搭建的连续纤维增强聚酰胺6反应注射VBPM实验平台，考察了浸渍方式等参数对复合材料单体转化率、结晶度、力学性能的影响。结果表明，用等温浸渍制得的复合材料结晶度高，且内部均匀性较好；与等温浸渍相比，非等温浸渍制得的复合材料整体反应转化率和力学性能较高；非等温浸渍制得的复合材料出口的弯曲强度和剪切强度比入口分别提高了10 %~13 %和11 %~16 %，弯曲强度在150 ℃出口处达到最大值273.65 MPa，剪切强度在170 ℃出口处时达到最大值47.32 MPa。     

口模拉伸过程PP/CaCO3复合材料结构演变及机理

利用口模拉伸法制备了轻质、高强、高模的聚丙烯（PP）/碳酸钙（CaCO₃）复合材料，分析了口模拉伸对材料微观结构、晶体结构、热性能和密度的影响，揭示了口模拉伸过程中材料结构演变及其机理。结果表明，随着拉伸过程的进行，材料内的原始球晶向微纤状晶体转变，同时发生晶粒细化现象，结晶度增大表明存在拉伸诱导结晶现象。微孔尺寸的显著增大及材料密度的显著降低主要发生在材料离开收敛流道壁面后的自由拉伸过程中。     

壳聚糖/结冷胶双层膜制备工艺优化及表征

以壳聚糖（CS）和结冷胶（GG）为原料，采用溶液流延法并结合层层自组装技术制备了CS/GG双层膜，通过单因素和响应面试验优化制备工艺条件，并对双层膜的微观形貌、化学结构、力学性能、光学性能、阻水性能和抗氧化性能进行评价。结果表明，CS质量分数1.7 %、GG质量分数1.5 %、CS与GG成膜液体积比4/6、甘油质量分数25 %条件下双层膜的拉伸强度为38.83 MPa、透湿量为750.76 g/（m²·d）；与单层膜相比，CS/GG双层膜表面光滑、截面致密，红外光谱分析结果表明双层膜具有良好的相容性；双层膜可以有效改善纯CS膜、纯GG膜的力学性能和阻水性能。