混合元件对玻璃纤维增强聚丙烯中玻璃纤维长度的影响

对啮合同向双螺杆挤出机90 °捏合块、六棱柱、变间隙转子3种混合元件流道流场进行了数值模拟,分析3种元件的混合性能。实验研究了使用3种不同元件的螺杆组合对玻璃纤维增强聚丙烯（GFRPP）复合材料中玻璃纤维长度的影响。结果表明,啮合同向双螺杆挤出机中聚合物熔体产生的剪切对玻璃纤维长度影响明显,混合元件的剪切越强,制品中玻璃纤维的平均长度就越短,制品的拉伸强度和冲击强度越低。     

三螺杆、双螺杆挤出机及其啮合块混合性能的比较

利用Polyflow聚合物流体分析软件,对三螺杆和双螺杆挤出机及不同参数啮合块的流道模型进行了等温数值模拟。经过统计后处理,引入加权平均剪切速率和剪切应力、回流系数等评价指标,深入分析了流场的混合行为。同时对倒三角形三螺杆挤出机和双螺杆挤出机的混合能力进行了对比,以此对三螺杆和双螺杆挤出机混合性能的优劣性加以探讨。     

ECM30双转子连续混炼机转子及嵌入块结构对分散混合性能的影响

计算比较了双转子连续混炼机不同转子结构和嵌入块时的轴向速度分布、剪切应力和混合指数的分布，得到了转子结构和嵌入块的嵌入深度对ECM30双转子连续混炼机分散混合性能的影响。转子螺棱交汇区的长度减小，其流场的剪切作用增强，拉伸作用减小；转子螺棱包角增加，转子的返混能力增加，剪切和拉伸作用减小。增加嵌入块的高度，返混能力增强，剪切作用增加，拉伸作用减小。     

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。     

同向啮合双螺杆挤出机捏合块流道三维流场分析

利用ANSYS有限元分析软件对啮合同向双螺杆挤出机的捏合块流场部分进行了三维模拟分析。通过速度场求出流量 ,并求出拉伸速率、剪切速率及剪切应力来衡量混合效果。得到了机筒表面和啮合区的压力分布 ,找出了捏合盘几何条件 (间隙、错列角 )及操作条件 (转速、压差等 )对挤出机混合效果的影响。     

异向双螺杆S型元件混炼效果的数值研究

使用Polyfl ow软件,数值模拟了高密度聚乙烯(PE-HD)/炭黑熔体在异向双螺杆挤出机流道内的流动,数值计算了不同S型元件流道内熔体的三维等温流场,采用粒子示踪分析法(PTA)分析了不同S型元件流道内粒子的拉伸效果、分离尺度和停留时间,考察了啮合方式和两螺杆装配方式对S型元件混炼效果的影响。研究结果表明,啮合方式主要影响螺杆的输送能力、剪切能力和分布混合能力,非啮合元件的输送能力约为部分啮合元件的1.14倍,停留时间约为部分啮合元件的2.5倍,但是其剪切能力仅为部分啮合元件0.86倍;而螺杆的装配方式则影响其输送能力、拉伸能力和分布混合能力,并列式装配元件的输送能力约为错列式装配元件的1.11倍,停留时间约为错列式装配元件的1.2倍,但是其拉伸能力不如错列式装配的元件。三种元件中,部分啮合元件的分散混合性能最佳。     

双螺杆中啮合块、螺杆元件混合过程及混合性能的研究

以双螺杆挤出机中的啮合块、螺杆元件作为研究对象,对其混合过程及混合性能进行研究,分析物料与添加剂的相互运动及变化过程。利用网格重叠技术和Ployflow软件对啮合块、螺杆元件的混合性能进行仿真,研究螺杆元件及不同转速下啮合块对应流体区域内的最大剪切应力,粒子在流体区域内的停留时间分布、分布指数、分离尺度等。结果表明:在啮合块流道内的混合过程中,啮合区域的两种粒子进行分布混合,其他区域的粒子在轴向运动到第2片啮合块时开始被带入啮合区,与另一种粒子进行分布混合;在相同转速下,啮合块的混合性能优于螺杆元件,随着转速的提高,啮合块的分散混合性能逐渐增强。     

双螺杆挤出炸药模拟物的流场模拟分析及实验研究

为解决含超细粉体炸药模拟物中各组分的均匀分散混合问题,采用双螺杆挤出机试验及ANSYS有限元流场模拟分析,首先用平板流变仪测得炸药模拟物在特定温度下的流变参数,运用ANSYS的Fluid Dynamics模块对炸药模拟物在同向双螺杆挤出机的混合挤出流场进行模拟,以累积最大拉伸速率、加权平均剪切应力表征混合能力的大小。基于模拟结果,用同向双螺杆挤出机对炸药模拟物的混合流场进行实验,对经历不同混合流场的炸药模拟物进行SEM扫描电镜分析。结果表明,大导程和反向的螺纹元件能够提供较大的剪切和拉伸作用,有利于炸药模拟物的分散混合。     

啮合同向双螺杆挤出机中组合螺杆性能的数值研究（Ⅰ）瞬态流场分析

采用聚合物流动分析软件POLYFLOW,数值模拟了聚合物熔体在组合式啮合同向双螺杆挤出机ZSK60的组合螺杆中的三维等温流动。在计算所得速度场和压力场的基础上,全面分析并讨论了由不同厚度和不同错列角的捏合块元件组成的组合螺杆的流场分布规律;研究了组合螺杆的输送性能和挤出稳定性;并分别采用平均剪切速率、平均特征剪切应力以及平均拉伸流动指数等瞬态混合指数表征了组合螺杆的瞬态混合特性。此外还考察了两种不同流变性质的聚合物熔体在组合螺杆中的瞬态流场分布规律。所得结论可为双螺杆挤出的数值模拟研究提供一定的方法指导,并为其工程实践提供一定的理论指导。     

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。     

啮合同向双螺杆挤出过程新型混合元件—六棱柱元件实验研究

前文^[1]对啮合同向双螺杆挤出过程中的新型混合元件－六棱柱元件的流场了三维等温牛顿模拟，并将其结果与捏合块元件作了对比，得到了在相同压差下六棱柱元件比捏合块元件产率高，剪切速率场和剪切应力场分布更均匀，且两种元件分散混合能力相近的结论。本文对六棱柱元件的流场模拟结果进行了实验验证，证明流场模拟计算的方法可行，得到的结果可靠。进而利用多种有效方法，对六棱柱元件的挤出，混合特性进行了实验研究、实验结果表明，六棱柱元件比捏合块元件比能耗小，出料温度低，分布混合能力强，且六棱柱元件适于玻璃纤维增强改性加工过程。     

啮合同向双螺杆捏合块元件混合效果的数值模拟分析与实验研究

对啮合同向双螺杆捏合块元件的动态流场进行了流场模拟与统计学分析，并对分析结果进行了实验验证。通过宽、窄捏合块两种螺杆元件的动态流场模拟，应用统计学分析方法计算了两种流场的停留时间分布、最大剪切速率分布以及固定百分比粒子经受的剪切速率分布随时间的变化。得出了宽捏合块元件的分散混合能力高于窄捏合块的结论，这一结论与实验结果较为一致。     

啮合同向双螺杆挤出机螺纹元件三维流场分析

利用ANSYS有限元分析软件对啮合同向双螺杆挤出机的螺纹元件流场进行了三维等温非牛顿模拟分析,通过速度场求出了流量及回流量,并求出拉伸速率,剪切速率及剪切应力来衡量混合效果,得到了机筒表面和啮合区的压力分析,找出了螺纹的导程,间隙及两端压差等参数对挤出机混合效果的影响。     

新型啮合转子混炼过程有限元模拟分析

对新型啮合转子混炼过程进行有限元模拟分析,并计算啮合转子能完成的预期剪切效果和混合指数概率分布。通过分析啮合转子的流场发现,啮合转子混炼区在两转子啮合区域,对胶料既有捏炼作用,又有剪切作用,可获得温升较低、质量较好的胶料,但剪切效果较小,可能会导致混合效率和生产效率较低。     

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。     

波状双螺杆元件混炼性能的数值模拟

借助聚合物流动分析软件Polyflow对半啮合同向/异向波状双螺杆元件和全啮合同向/异向常规双螺杆元件进行流场和混合性能的数值模拟,分析比较两者的剪切速率、混合指数、非弹性应力张量第一特征值、停留时间、时均混合效率、分离尺度等表征混合性能的特征参数,模拟分析结果表明,波状双螺杆元件具有更加优异的混炼性能。     

固体推进剂同向双螺杆元件混合性能模拟

首先设计了4种固体推进剂用螺杆元件,并进行了固体推进剂药浆的流变性能测试,通过使用Polyflow软件对4种螺杆元件的流场进行数值模拟。对各螺杆元件流场的剪切速率、加权平均剪切应力、平均回流系数、累积停留时间分布等表征螺杆元件混合性能以及流场特性的指标进行分析,对比4种螺杆元件的分散和分布混合性能,并建立了螺杆元件混合性能的评价体系。结果表明,KB元件和S型元件对药浆有较好的综合混合性能,有利于固体推进剂的混合。     

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。     

PE-HD/炭黑在捏合块元件内分散混合的数值模拟研究

使用Polyflow软件,计算了3种捏合块元件内高密度聚乙烯（PE-HD）熔体的三维拟稳态流场。引入炭黑在聚合物熔体中的分散数学模型,计算了不同捏合块中炭黑聚集体的粒径分布,比较了3种捏合块流道内炭黑在PE-HD中的分散混合效果。数值结果表明,捏合盘厚度大的捏合块,剪切拉伸作用较强,分散混合能力较强。     

剪切啮合型转子混炼区域流场分析

建立剪切啮合型转子混炼区域模型,假设胶料为幂律流体、流体稳定为层流、忽略惯性力和重力、流体不可压缩、流场壁面无滑移、流场流体全充满、流场等温,并采用转子旋转、密炼室壁静止的实际速度边界和压力零点设置,对剪切啮合型转子的混炼区域流场进行有限元分析.结果表明,转子流场具有大片高压区和低压区,能很好地分散混合与分布混合短纤维/橡胶复合材料.