机筒槽深和机筒与螺棱间隙对力化学反应器的影响

从对力化学反应器挤出成型和剪切效果有重要影响的机筒螺槽深度(简称槽深)和机筒与螺棱间隙着手,分别通过改变机筒槽深和机筒与螺棱间隙,采用Polyfl ow软件对聚乙烯熔体在等温状态下的挤出过程进行数值模拟。对表征力化学反应器剪切效果的参数指标,如最大剪切速率、最大剪切应力和最大混合指数作相应的比较分析。研究结果表明,机筒未开槽(槽深0 mm)或槽深过大(2 mm)均降低了力化学反应器对物料的剪切和混合作用,而槽深为1 mm时,获得的最大剪切速率、最大剪切应力值和最大混合指数最大;随着机筒与螺棱间隙从0.5 mm依次增加到1 mm和2 mm,力化学反应器对物料的剪切及混合能力依次减弱,当机筒槽深为1 mm,且机筒和螺棱的间隙尺寸为0.5 mm时力化学反应器对物料的剪切和混合效果最好。     

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。     

间断副螺棱强化单螺杆挤出过程混合性能模拟

建立了带有间断副螺棱的新型单螺杆计量段螺槽展开物理模型及数学模型。借助流体动力学软件Ployflow,采用网格叠加技术,对熔体在新型单螺杆及普通单螺杆挤出机计量段展开螺槽内的流动情况分别进行了数值模拟。运用粒子示踪技术及统计学方法以停留时间分布、分离尺度及累计混合指数为指标来表征螺杆的混合性能。结果表明,相比于普通单螺杆,新型单螺杆不仅可以减小熔体物料分离尺度,提高混合指数,还可以加宽停留时间分布概率密度曲线,获得更好的混合分散效果。     

新型剪刀式力化学反应器及其对聚合物挤出流场的影响

借鉴剪刀强剪切工作原理,设计新型力化学反应器的螺杆和料筒结构,在螺杆单元上及料筒单元内壁开设剪刀螺棱,螺杆单元和料筒单元交错组合安装。物料流经高速旋转螺杆螺棱和静止料筒棱间隙,受到强烈剪切。使用Polyflow软件对等温条件下聚乙烯(PE)熔体在力化学反应器中进行剪切挤出模拟,对剪切速率、剪切应力、压力情况进行对比。结果显示,新型剪刀式螺杆与料筒模型表现出更加优异的剪切效果。     

单螺杆挤出机螺杆参数的计算

本文对普通三段式螺杆的设计提出了有关参数的计算方法。以聚合物的热物理参数、流变学参数为据，以例题形式对深延比、拖曳流、剪切速率、剪切应力、比能耗、混合度、停留时间、料温升高进行了大量的计算，并得出了最佳的设计效果。     

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。     

螺杆与料筒不同断面形状组合对挤出机流场的影响

从对挤出成型有重要影响的螺杆和螺槽结构形式着手,通过改变螺杆和料筒的螺槽断面形状,使用Polyfl ow软件对聚乙烯熔体等温状态时在螺杆与料筒不同断面组合形状下的挤出过程进行数值模拟。通过对比分析压力分布和剪切速率的变化,综合考虑对剪切速率和生产效率的影响,得出螺杆和料筒螺槽断面形状均为梯形形状时可以得到较好的剪切效果。     

基于拉格朗日的单螺杆销钉挤出机混沌混合分析

从拉格朗日理论的新视角,分析了高分子聚合物熔体在单螺杆销钉挤出机内的流型结构以及流动行为,揭示了销钉强化聚合物熔体输运和混沌混合的机理。使用有限元软件Polyflow计算了流场的速度分布和混合指数;借助Matlab数学软件进行自主编程对速度场进行积分得到了三种不同销钉挤出机模型的有限时间李雅普诺夫指数。结果显示,在加入销钉之后,单螺杆销钉挤出机流域中出现了圆柱绕流现象,绕流产生的尾迹将撞击螺棱,销钉和螺棱的这种相互作用将加剧聚合物熔体的拉伸作用。每个销钉都将产生尾迹,随着销钉数量的增加,导致流域中产生了更多的尾迹。尾迹与销钉相互作用得到了增强,导致流域中产生了更多的涡结构,说明流域中的大部分熔体处于混沌混合的状态。混沌混合使销钉挤出机内的流体拉伸作用得到了增强,流体的混合指数得到增加,混合效率也逐渐增大。     

主要工艺参数对串联式磨盘挤出机混合性能的影响

采用Polyflow软件模拟了聚合物熔体在串联式磨盘挤出机混炼段内的混合过程。将混合指数和分离尺度作为评价指标,借助统计学方法,分析了主要工艺参数(转速和喂料速率)对串联式磨盘挤出机混合性能的影响。研究结果表明:转速增大,串联式磨盘挤出机的分散混合性能和分布混合性能提高;喂料速率增大,串联式磨盘挤出机分散混合性能下降,但喂料速率对串联式磨盘挤出机分布混合性能影响较小。     

单螺杆挤出机加工条件对橡胶返原的影响

近年来,聚合物材料的回收利用受到关注。对于热塑性材料,只要将材料加热和熔融就可以实现回收利用;对于热固型材料如橡胶,可供选择的回收利用方法就受到较大限制。但从经济和环境方面考虑,橡胶应该被回收利用。对通用单螺杆挤出方法作为连续橡胶回收工艺使天然橡胶屑粒返原进行了研究。研究发现,挤出机温度所起的作用似乎比螺杆速度重要得多。     

单螺杆挤出机生产率精确控制的研究

研究了单螺杆挤出机生产率的精确控制问题。首先建立了被控对象的数学模型，并分析了被控对象的特性。然后通过对控制过程进行仿真，得出了时间滞后是影响控制质量的最主要因素这一结论。要克服时间滞后的影响，单一的PID反馈控制不能解决问题，因此提出了前馈与反馈相结合用于生产率控制的控制方法，并证明了即使不太精确的前馈环节也能较好地发挥削弱生产率波动的作用。     

新型锥形双螺杆混合元件三维流场分析

利用ANSYS有限元分析软件对带有混合块的新型锥形双螺杆的混合段流场进行了三维模拟分析，通过速度场求出流量，并求出剪切速率，剪切应力及回流量来衡量混合效果，找出了混合块几何条件（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。     

往复式单螺杆销钉挤出机往复运动传动机理与混炼性能关系的研究

对比了几种不同的往复式单螺杆销钉挤出机传动系统的传动机理,并在此基础上设计其对应的混合元件。利用Polyflow软件对混合元件内物料的流动和混合过程进行了模拟,分析了流场内的压力分布、剪切应力分布、物料停留时间和加工过程中物料经历的最大剪切应力。结果表明,采用摇摆箱传动系统时,流场内的剪切应力、温升和压力差较低,而轮系传动系统可实现单次旋转多次往复驱动模式,并且机械结构更具可靠性。