不同螺杆构型的聚合物塑化过程混合特性分析

螺杆混合性能是影响聚合物塑化质量和均匀性的重要因素之一。采用扭转元件、销钉元件、Maddock元件及常规螺纹元件,应用计算流体力学软件Polyflow对5种螺杆构型的混合特性进行了数值仿真分析,结合停留时间分布、剪切速率分布、拉伸速率分布、混合指数和非弹性应力张量的第一特征值等参数比较全面地对其混合能力进行了比较。结果表明,5种螺杆构型流道内物料均以剪切流动为主,Maddock元件的剪切作用最明显,具有分流功能的结构可以在一定程度上强化对物料的拉伸作用;2种扭转元件对于物料的混合效果相对较好,其次是销钉元件和Maddock元件,最差的是常规螺纹元件。     

混炼型锥形双螺杆实验研究

对混炼型锥形双螺杆的挤出产量、物料压力、物料流动状态及混合效果进行了大量实验研究。分析研究了螺杆上混炼元件和分流元件对物料的混炼效果。实验结果表明,混炼型锥形双螺杆对物料的混炼效果明显优于常规型锥形双螺杆。     

三螺杆挤出机常规螺纹元件挤出过程的CAE研究

利用ANSYS软件分析了三螺杆挤出机常规螺纹元件中等温非牛顿流体的压力场、速度场和粘度场，并和双螺杆挤出机常规螺纹元件进行了比较，尤其对流道中心区进行了重点研究。结果表明，三螺杆挤出机的混合性能好于双螺杆挤出机；中心区的物料压力梯度和速度梯度都较小，物料在中心区流动缓慢，中心区的物料粘度值较大；对反应时间不宜过长的聚合物，应避免使用三螺杆挤出机。     

"一字"型排列三螺杆挤出机三维流场分析

利用ANSYS软件包分析了聚乙烯在“一字”型排列三螺杆挤出机常规螺纹元件中的流动情况,讨论了整个流道的速度分布、压力分布、粘度分布,并和双螺杆挤出机常规螺纹元件的挤出特性进行了比较。结果表明,三螺杆挤出机的物料输运能力、分散性混合能力以及分布性混合能力都好于双螺杆挤出机。     

啮合同向双螺杆挤出机普通螺纹元件末端共混物的混合形态Ⅰ.物料三维流动路径的计算

用有限元方法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,根据流场分析所得到的速度场,通过编程计算得到了物料在啮合同向双螺杆挤出机螺纹元件中的三维流动路径。结果表明,由于存在着轴向回流,部分物料不能流出元件出口,而是从元件入口返流;物料在元件中的运动轨迹不尽相同,有的物料微元在整个流动过程中都围绕着2根螺杆以螺旋“∞”形向前运动,有的物料微元在流动过程中时而围绕1根螺杆连续旋转,时而围绕2根螺杆以螺旋“∞”形向前运动;在螺槽区,物料在螺槽的横截面内上下流动;回流物料微元数随着螺杆转速的增大、双螺杆挤出机产量的减小而增大。     

非对称差速三螺杆挤出机混合机理分析

设计了非对称差速三螺杆挤出机端面造型，并且，对比其与常规三螺杆、非对称双螺杆挤出机内流体混合行为。对流场中速度矢量场和压力场进行分析，同时，比较分布混合性能中停留时间、分离尺度和混合效率，分散混合性能中最大剪切应力、对数拉伸率和混合指数。结果表明，与常规三螺杆相比，非对称差速三螺杆能有效地避免常规三螺杆中心区回流较大的问题，正向输送能力更强，并且，啮合区两侧压差更大，有利于物料压延。流域内粒子停留时间分布区间集中，分离尺度显著降低，有利于物料分布混合。同时，能提供较强的拉伸作用，使流域内粒子受到更好的拉伸和折叠，从而使其具有较好的混沌混合能力，有利于物料分散混合。     

同向双螺杆支撑元件的流场模拟

对比分析了啮合同向双螺杆挤出机新型滑动支撑元件和滚动支撑元件的结构特点,通过Polyflow流场模拟,得出了2种支撑元件的压力分布与剪切速率分布,基于流体动力学原理及流变学原理分析了支撑元件的压力场与剪切速率场,重点讨论了物料的熔体流动速率对2种支撑元件压力消耗的影响。结果表明:支撑元件属于耗压元件,与双头螺纹元件相比,3种元件的流道出口-入口压差绝对值大小关系为双头螺纹元件滑动支撑元件滚动支撑元件;与捏合块元件相比,3种元件流道的加权平均剪切速率大小关系为捏合块元件滚动支撑元件滑动支撑元件,支撑元件对物料的分散混合不会造成明显的影响;支撑元件更适用于加工高熔体流动速率物料的螺杆组合。     

附加CRD拉伸混合功能的屏障段设计

屏障型螺杆是一种有效的分离元件.CRD混合螺杆基于拉伸混合的原理具有较好的打碎未熔融物料微粒的能力.本文在屏障型螺杆设计中引八CRD螺杆拉伸混合的机理,使得屏障段在分离物料的同时增加分散混合能力.     

四螺杆挤出机常规螺纹元件三维流场分析

利用大型有限元软件ANSYS对聚乙烯熔体在四螺杆挤出机常规螺纹元件中的流动情况进行了分析,求出了速度场、压力场、黏度场,对流道的中心区进行了重点分析。计算结果表明:四螺杆的四个啮合区具有较大的压力梯度、速度梯度,其混合性能明显好于双螺杆挤出机。中心区有明显的环流现象,物料在中心区的停留时间较长,中心区物料没有滞留现象。     

UHMWPE/HDPE共混体系同向双螺杆挤出成型

研究了采用同向旋转双螺杆挤出机连续挤出超高相对分子质量聚乙烯与高密度聚乙烯共混体系的制品成型。讨论了物料在螺杆中的输送特征、螺杆元件组合、生产工艺条件及模具结构等对产品质量的影响。     

新型同向双螺杆元件——S型元件研究（Ⅰ）——流场数值模拟

对一种作者设计的新型同向双螺杆元件－S元件进行了流场计算。建立了三维非牛顿等温流场模型。利用ANSYS软件和自行编程计算了元件流场中的压力场，挤出量，回流量，速度场，剪切速率和拉伸速度，并对S形元件的流场与常规螺纹元件的流场作了一定的比较。在后续的文章中将对S形元件的流场及常规螺纹元件的流场计算结果进行实验验证。     

啮合型双螺杆挤出机非常规螺纹元件设计新方法

双螺杆挤出机发展的高速高效化使常规螺杆元件不能满足混合要求,因此需要设计输送、混合性能好的非常规螺杆元件。本文从齿轮啮合原理的角度出发,用齿形法法对非常规螺纹元件端面曲线几何学进行了分析,并给出了一套以CAD为工具来设计非常规螺纹元件的新方法。     

Three-dimensional flow modeling of a self-wiping corotating twin-screw extruder. Part II: The kneading section

Three-dimensional flow simulations of kneading elements in an intermeshing corotating twin-screw extruder are performed by solving the Navier Stokes equations with a finite element package, Sepran. Instead of using the whole geometry of the 8-shaped barrel a simplified geometry is used, representing a large part of the geometry during the rotating action of the kneading paddle. The goal of these calculations is to study the dependence of several factors that influence mixing, such as shear rate, elongation rate, pressure, and the flow profile in the extruder on various extruder parameters, such as fluid viscosity, rotation speed, and throughput. The shear and elongation rate and the pressure drop are calculated for varying viscosities. The various stagger angles possible for disc configurations in the corotating twin-screw extruder are modeled. The axial backflow volume is calculated for varying values of rotation speed and throughput.     

平行双螺杆挤出机捏合盘元件设计方法深入探讨

对捏合盘元件设计方法进行了深入研究.利用有限元数值模拟的方法从产量、齿轮箱轴承受力、比能耗、停留时间和力学性能等方面量化对比了中心距修正法和法向等间隙修正法设计的捏合盘元件的加工性能和力学性能.研究内容对平行双螺杆挤出机捏合盘元件设计具有一定的帮助.     

Three-dimensional flow modeling of a self-wiping corotating twin-screw extruder. Part I: The transporting section

A three-dimensional modeling of the transporting elements in a self-wiping corotating twin-screw extruder has been carried out by using the finite element package Sepran (1). This simulation uses the 3D geometry of the channel rolled over the twin-screw, which consists of the intermeshing and normal areas. The flow profile, the backflow volume, the pressure buildup, the shear and elongation rates, and the adiabatic axial temperature gradient have been calculated by solving the Navier-Stokes equations and the continuity equation for a Newtonian fluid. These results are given for different extruder parameters such as the throughput of the extruder, the rotation speed of the screws and the helix angle of the screws to better understand the influence of different extruder configurations. This study belongs to a program of research on the self-wiping corotating twin-screw extruder that also includes the modeling of the kneading elements (Part II) and, in the future, the study of scale-up and heat transfer.     

超高分子量聚乙烯溶解均匀性研究

超高分子量聚乙烯纤维生产工艺中,超高分子量聚乙烯溶解设备普遍使用双螺杆挤出机。文章研究了如何使用双螺杆挤出机,具体涉及到螺纹元件的组合、双螺杆挤出机的转速以及各区温度控制等关键技术,制备溶解均匀的超高分子量聚乙烯溶液,以达到纺丝要求。     

啮合异向双螺杆挤出过程轴向循环流道三维流场分析——轴向循环流场分析(Ⅲ)

介绍了作者在啮合异向双螺杆某一轴向位置设置一非啮合段 (且该段其中一根螺杆是反向输送元件 ) ,从而将轴向循环流动的概念引入到啮合异向双螺杆挤出过程中 ,并利用ANSYS有限元分析软件对啮合异向双螺杆挤出过程轴向循环流道中的非牛顿流体等温流动进行的三维模拟分析 ;在得出速度场和压力场的基础上 ,对剪切速率、剪切应力及剪切粘度进行了模拟 ,并将各模拟结果与未引入轴向循环段的啮合异向双螺杆挤出过程常规螺纹元件流道的模拟结果进行了比较。     

新型同向平行双螺杆挤出机齿轮箱传动系统的设计

介绍了同向平行双螺杆挤出机齿轮箱传动系统的一种新型设计,输出轴传动采用功率分流式设计,使输出轴传递的扭矩提高一倍,整机的承载能力提高50%,保险系数提高30%。本设计具有结构简单、装配方便,能满足目前同向平行双螺杆挤出机对齿轮箱高扭矩、高转速的要求。     

Resin distribution along axial and circumferential directions of self-wiping co-rotating parallel twin-screw extruder

A self-wiping co-rotating twin-screw extruder (TSE) is operated in a starved state in which the screws are partially filled with resin. Understanding the resin distribution on the screw surface of a TSE in this state is essential for the design, operation, and maintenance of the twin-screw extrusion process. Accordingly, in this study, the circumferential and axial distribution of resin in a TSE were simulated using a novel method combining the mathematical formulation of Hele–Shaw flow, the finite element method, and a newly developed down-wind pressure updating scheme. The results of the simulation were found to be in good agreement with experimental measurements. The proposed simulation method enables the detailed visualization of resin distribution in the entire axial and circumferential directions over the length of a TSE, improving the ability to determine both the devolatilization and fiber attrition during the extrusion process.     

花生壳粉/聚丙烯复合材料的研究

利用双螺杆挤出工艺对花生壳粉填充改性聚丙烯(PP)进行了研究。结果表明。加入花生壳粉后．复合材料的弯曲强度、硬度、维卡软化温度、拉伸强度和断裂伸长率均有所提高。但其加工流动性能和冲击强度有所下降。在花生壳粉含量为30％时，复合材料的综合性能较优。