三螺杆挤出机螺杆元件混合特性的数值研究

采用聚合物流体分析软件Polyflow对倒三角形三螺杆挤出机的6种螺杆元件的流道模型进行了三维等温数值模拟。使用Fieldview软件对结果进行统计处理,并采用不同的评价指标来表征混合性能,进而比较螺杆元件之间的混合特性。结果表明,捏合块的剪切和拉伸作用均强于螺纹元件;中性捏合块和左旋元件的回流效果好于其他元件;SME元件剪切弱于螺纹元件,但其拉伸作用和回流效果强于螺纹元件。因此,可根据物料对剪切的敏感性来合理地选择螺杆元件,以获得所期望的产品性能。     

三螺杆挤出机中剪切-拉伸交变流场对PP/PE-HD体系增韧效果的影响

利用倒三角形排列三螺杆挤出机与传统双螺杆挤出机对不同黏度比的聚丙烯/高密度聚乙烯(PP/PE-HD)体系进行混炼加工,研究了三螺杆挤出机中剪切拉伸交变流场对于高黏度比聚合物两相体系的分散混合及分布混合效果的影响;并通过高黏度比体系的混合效果证明三螺杆挤出机中剪切拉伸交变流场的作用效果及机理。结果表明,在高黏度比体系的加工中,倒三角形排列三螺杆挤出机分散与分布混合效果明显优于双螺杆挤出机,且三螺杆挤出机的增韧效果随着体系黏度比的增大而提升。     

三螺杆挤出机与双螺杆挤出机混合性能的比较

利用聚合物流体分析软件Polyflow,对倒三角形排列的三螺杆挤出机和等规格的双螺杆挤出机的混合性能进行了深入分析。通过计算不同角度的拟稳态流场,采用示踪粒子法对聚合物熔体在流场中的动态混合情况进行三维等温数值模拟,在此基础上对粒子轨迹进行统计后处理,并分别采用混合指数、面积伸展率和停留时间分布表征流场的分散混合能力、分布混合能力和轴向混合能力,进而比较两种挤出机的混合性能。另外,在实验条件与模拟条件相同的情况下,进行了实验验证。模拟结果表明,三螺杆挤出机各方面的混合性能均优于双螺杆挤出机。实验结果表明,实验数据与模拟结果基本一致。     

三螺杆挤出机剪切-拉伸作用的理论分析

采用理论计算的方法,对三螺杆挤出机各区域的剪切、拉伸作用的大小与作用范围进行了计算,并分析了螺杆容积率对各区域流场作用的影响。结果表明:不同区域均存在剪切作用,而拉伸作用仅存在于螺槽区的法向方向与中心区的轴向方向。三螺杆挤出机高剪切区(啮合区与顶隙区)的剪切速率远大于低剪切区(螺槽区与中心区)的剪切速率,但其作用范围很窄,不及后者的1/10。螺槽区的拉伸速率比中心区的要小,而且均小于各区域的剪切作用。螺槽区与中心区的剪切速率均随容积率的增大而减小;而这些区域的拉伸速率则随容积率的增大而增大。     

三螺杆挤出机熔体输送能力的评价

通过三螺杆挤出机模拟机对熔体替代料进行挤出实验,对三角形排列三螺杆挤出机、“一字型”排列三螺杆挤出机及双螺杆挤出机的熔体输送能力进行了系统评价。利用无量纲参数评价体系与传统评价方法,通过控制挤出过程螺杆转速和产量,对三类挤出机的熔体输送段建压能力及挤出能耗水平进行研究,并研究工艺参数对熔体输送能力的影响。实验表明,三角形排列三螺杆挤出机熔体输送能力及能耗水平优于其他类型挤出机,且无量纲参数评价体系具有很高的可靠性和更广泛的适用性,可用于挤出加工设备的选择。