双螺杆挤出机塑化系统电磁加热过程的数值模拟与实验研究及应用

探究电磁加热相比于铸铜加热对双螺杆挤出机塑化系统的影响,首先针对现有双螺杆机筒和线圈分布建立几何模型,使用comsol有限元软件研究了电磁加热过程机筒磁通量变化以及温度均匀性;另外,在数值模拟的指导下开展具体试验验证,对比了电磁加热和铸铜加热的机筒内壁及法兰温度均匀性、用电量及电磁辐射安全性。结果表明,电磁加热具有更高的控温精度,保证温度均匀性在±1℃以内,与模拟结果相吻合;在相同的加热时间内,电磁加热可以实现机筒和法兰同步加热,预热时间节约40%,生产过程节能50%;另外电磁辐射符合国家安全标准(GB 8702—2014),保证车间工人的人身安全。

双螺杆挤出机胶粉脱硫工艺条件的研究

研究同向双螺杆挤出机的螺杆结构、脱硫温度和螺杆转速对胶粉脱硫的影响。结果表明:螺杆结构越有利于提高螺杆的混合和剪切能力,胶粉的溶胶含量越大,交联密度越小;当脱硫温度从170℃升高至190℃时,胶粉的脱硫效果有一定改善;当螺杆转速从50 r·min^(-1)增至90 r·min^(-1)时,胶粉的脱硫效果明显改善;当脱硫温度为180~190℃、螺杆转速为50~70 r·min^(-1)时,中等混合和剪切能力螺杆脱硫的胶粉的脱硫效果较好,脱硫胶粉胶料的拉伸性能较优。

啮合同向差速双螺杆挤出机挤出聚乳酸流场分析

目的:探究不同差速比的螺杆组在流道性能上的差异,明确差速对聚乳酸材料挤出性能的影响。方法:应用Solidworks软件建立4组差速双螺杆组,通过Fluent软件进行网格划分和有限元数值模拟,使用CFD-post软件分析计算结果,并对其性能进行验证。结果:当进出口压力分别为0.2,0.5 MPa,单头基准转速为30 r/min时,差速比为1∶2和1∶3的螺杆在不同性能下各有优劣,螺杆的产量和机筒内压力在差速比为1∶2时具有优势,螺杆的混合能力在差速比为1∶3时具有优势。结论:对比传统双螺杆挤出机,差速双螺杆挤出机对聚乳酸材料的挤出性能为正向影响,可作为全新的聚乳酸改性设备。

新型偏心双螺杆挤出机流域混合特性

基于非对称流场的混沌混合理论,设计了一种新型的偏心双螺杆挤出机。通过对比传统普通螺杆元件与新型偏心螺杆元件,偏心距不仅决定了螺杆的端面形状,也改变了螺槽形状,使同一导程内的2个独立的C型室螺槽形成一个ω型室螺槽。利用Polyflow软件分别对传统双螺杆挤出机与3种不同偏心距螺杆元件的新型双螺杆挤出机进行模拟仿真,分析了压力场、速度场与混合指数分布规律,计算了4种双螺杆挤出机流场的停留时间分布、分离尺度、最大剪切应力等混合表征系数。结果表明,与传统双螺杆挤出机相比,偏心双螺杆挤出机压力分布不均匀,正负压压力值增大,因此,压力差增大,使熔体回流速度增大,混合效果更佳;拉伸流区域增大,混合能力增强;熔体在流体域内的总体停留时间缩短,混合效果更佳;分离尺度数值下降较快,混合效率较高;偏心螺杆元件对流体的剪切应力增大,分散混合能力增强。

双螺杆挤出机异形内筒结构强度影响因素分析

异形内筒的厚度δi、相交圆中心距e、相交圆直径d是影响双螺杆挤出机强度的3个主要结构参数(简称3因素),一次局部薄膜应力PL、一次局部薄膜应力+二次应力P_(L)+P_(b)+Q是压力容器应力强度评定的2个主要应力类别。对3因素设定4个水平,进行3因素4水平正交试验,利用极差分析方法与方差分析方法处理正交试验数据。研究结果表明,因素δi、e、d对双螺杆异形内筒上危险截面处的应力P_(L)、P_(L)+P_(b)+Q均具有显著影响,对PL影响的主次排序为δi、e、d,对P_(L)+P_(b)+Q影响的主次排序为δi、d、e,对PL、P_(L)+P_(b)+Q影响的最佳方案均为δi(4)d(1)e(1)。采用多元回归分析拟合出了异形内筒结构危险截面应力PL及P_(L)+P_(b)+Q的多元回归方程,可用于双螺杆挤出机异形内筒结构应力的估算。

啮合异向双螺杆挤出机中螺杆端面结构参数对聚乳酸流场的影响

目的:探究啮合异向双螺杆挤出机中螺杆构型的改变对聚乳酸流场的影响。方法:通过Solidworks软件建立异向双头螺纹元件的理论模型和经两种不同方式调整结构参数后的螺纹元件几何模型,将建立的三维模型导入Gambit软件进行网格划分,再应用Polyflow软件进行流场模拟计算,最终借助Fieldview软件提取流场分布结果,对比分析修正时螺纹元件端面上结构参数的调整对剪切速率场、黏度场和速度场的影响。结果:修正时螺纹元件的结构参数经两种方式调整后均会对聚乳酸流场造成影响;两种对结构参数的调整方式均在不同程度上减小了流道内的剪切速率梯度,方式一还造成了流道内聚乳酸的黏度降低。结论:从对剪切速率场、黏度场和速度场的影响上看,经方式一调整后的螺纹元件更有利于挤出,而经方式二调整后的螺纹元件实体构型更贴近螺纹元件理论构型。

基于离散元法双螺杆挤出机磨损特性分析

双螺杆挤出机在生产过程中经常会出现螺杆磨损等问题,严重影响了螺杆的使用寿命和聚合物加工的品质。本文采用离散单元法(DEM),结合Archard磨损模型,对同向啮合双螺杆挤出机螺杆磨损进行数值模拟,分析螺杆转速和填充率等因素对双螺杆挤出机磨损特性的影响规律。结果表明,螺杆磨损主要发生在螺棱的顶部区域以及进料口处,在物料进入机筒入口处会发生严重的挤压磨损;随着螺杆转速和填充率的增加,螺杆的磨损程度不断增大;料槽后方输送段的螺杆主要产生横向切削磨损,切向累积能量是导致磨损的关键因素。

基于CFX的内嵌双螺杆挤出机流场特性分析

在传统双螺杆挤出机的基础上,设计了一种具有内外流道的双螺杆挤出机。文章基于有限元法,利用Pro/E三维绘图软件建模、ANSYS/CFX流体模块,对新型双螺杆挤出机进行数值模拟,通过分析宏观压力、宏观速度以及挤出量来与传统双螺杆挤出机进行对比。分析结果显示,新型双螺杆挤出机内流道流速小于新型双螺杆挤出机外流道流速小于传统双螺杆挤出机外流道流速,从而延长了物料的停留时间,提高了混合性能;由于内流道的出现,使挤出效率提高了约55.5%。研究结果表明,新型双螺杆挤出机在保证豆粕挤出质量的同时,其豆粕挤出产量是传统双螺杆挤出机的1.4~1.7倍。本研究结果为双螺杆挤出机的设计提供了新思路。

聚甲醛双螺杆挤出机在水下切粒改造后出现的问题及处理措施

简述了双螺杆挤出机在水下切拉改造后存在的问题及相应的改造措施、参数控制和调整方法。挤出造粒作为聚甲醛生产的最后一道工序,主要负责挤出制粒、脱气、掺混、稳定的添加等,以达到产品的稳定性和均一性。水下切拉改造后,有效地提高了聚甲醛的外观产品质量,对聚甲醛的整体产品质量提升有着重要意义。

用双螺杆挤出机脱硫制备再生胶的工艺及性能

利用改进的双螺杆挤出机对废旧轮胎橡胶胶粉进行剪切脱硫,讨论了螺杆转速和反应温度对脱硫效果及再生胶力学性能的影响,通过扫描电镜分析了胶粉脱硫前后形貌的变化及再生胶硫化试样的界面结合状况。结果表明,废旧轮胎橡胶胶粉的凝胶含量和交联密度随着螺杆转速和反应温度的升高明显下降,脱硫胶粉恢复了塑性,再生胶硫化试样的界面结合紧密。将螺杆转速控制在50～120 r/min、反应温度控制在190/180/170～210/190/200℃时脱硫效果最佳,此时再生胶的拉伸强度由未脱硫前的3.1 MPa提高到了12.4 MPa,扯断伸长率由75%提高到452%。

同向双螺杆挤出机捏合段三维非等温流动的数值模拟

建立了同向双螺杆挤出机捏合段三维非等温流动一种新的物理模型,利用Polyflow软件包对其进行了数值求解,给出了流道内压力、速度的分布,以及进出口压力差对捏合段流量、温度及压力的影响规律。数值结果对捏合盘的设计和工艺参数的选择有一定的指导意义。

双螺杆挤出机中局部停留时间分布研究

双螺杆挤出机中停留时间分布(RTD)是量化聚合物流动和螺杆混合性能的一个重要参数。在线测量是获得RTD的重要手段,但以往实验设备多是单探头且只能在机头处测量全局RTD。本实验室开发了双探头在线荧光测试装置,可以安装在挤出机任何部位获得部分和全局RTD,且在高温高压下得到不失真信号。基于该测量装置研究了螺杆转速和喂料量对部分和全局停留时间分布的影响,结果表明增加螺杆转速和喂料量均使停留时间分布曲线向短时间方向移动,喂料量对曲线形状影响显著。同时对部分停留时间分布利用去卷积方法得到局部停留时间分布,它可以直接比较不同元件混合性能,为模型化双螺杆选择合适参数提供帮助。对停留时间分布的时间域进行转变,得到了相关于螺杆转数的停留转数分布(RRD)和相关于挤出物体积的停留体积分布(RVD),相同流量转速比(Q/N)条件下RRD和RVD形状趋于一致。

双螺杆挤出机螺杆组合对GFRPA66力学性能的影响

介绍双螺杆挤出机各种规格的螺杆元件及3种螺杆组合,分析了不同螺杆组合方式对玻璃纤维增强尼龙66(GFRPA66)挤出工艺和材料力学性能的影响,并设计出一种适合于GFRPA66加工的螺杆组合方式。结果表明,通过适当的螺杆组合可改善GFRPA66的挤出工艺,提高材料的力学性能。

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布 ,找出了螺纹的导程。

啮合同向双螺杆挤出机不同螺杆流场仿真分析

根据啮合同向双螺杆几何学,运用Solid Works三维建模软件建立螺杆的实体模型。采用190℃聚乳酸熔体作为流体,通过ANSYS软件划分网格得出有限元模型,然后在Polyflow里进行仿真,分别得到了两种不同截面的螺纹元件的流场模拟结果。分析对比了压力场,速度矢量场、剪切速率场和黏度场,得出螺棱厚度对流场的影响。结果表明,I型截面螺杆的建压能力强于II型截面螺杆。II型截面的剪切能力强于I型截面的剪切能力,II型截面增强了螺杆的分散混合能力。

同向啮合双螺杆挤出机挤出过程的计算机模拟

计算机模拟研究了聚苯乙烯在TSE-35A型同向啮合双螺杆挤出机的挤出过程.计算得到不同喂料速率与不同转速下的停留时间分布,并与在线荧光法测量值对比,二者基本相符.确定了停留时间与螺杆转速及喂料速率之间的函数关系式.模拟结果还预测了喂料速率、螺杆转速等工艺参数对双螺杆内流场变量,如温度、填充率、压力及粘度等的影响.模拟计算有助于了解双螺杆挤出机内部聚合物材料流动状态及停留时间长短,从而指导实际聚合物生产.

锥形双螺杆挤出机螺杆转子的数控制造技术研究

一对相互啮合的锥形螺杆转子是锥双螺杆挤出机的核心部件,其加工精度直接影响到挤出机性能.传统加工方法的加工精度和加工效率都较低,所加工螺杆转子的啮合特性和互换性都较差.为了提高挤出机的性能水平,在深入研究锥双螺杆几何特征的基础上,提出了一种利用柱形棒铣刀的五轴联动数控铣削螺杆转子的新型数控铣削制造方法,设计制造了五轴联动螺旋槽专用数控铣床,并且设计开发了与其相配套的螺杆数控加工自动编程系统.该项研究成果提高了锥双螺杆的加工水平,具有显著的工程意义.

同向双螺杆挤出机的停留时间分布及填充度

The residence time distribution (RTD) evolution along a co-rotating twin-screw extruder with a split barrel was experimentally investigated by using the pre-mixed particles of polystyrene (PS) with anthracene as the tracer.The samples on the screw were taken out from the specially designed extruder, which could be dead-stopped at a given time and its barrel opened within several seconds.A three-parameter function was used to fit the experimentally measured RTD.The calculated results fit the experimental data very well.The reverse screw elements and kneading block had much longer residence time and resulted in effective mixing.Based on the average residence time of different screw zones and volume flow rate of molten PS, the fill degree in different screw zones was estimated.The fill degree results proved that the similar structure of screw elements might have different degrees of fill due to the effect of neighboring elements, and too close alignment of kneading zones might lead to ‘besiegement’ of materials in the zone between them.

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。

啮合型同向双螺杆挤出机设计中的几个问题

本文在设计实践的基础上,扼要论述了啮合型同向双螺杆挤出机的两个主要部件——动力传动与分配系统和物料挤压系统的设计思路,提出了设计过程中的几个问题。这些问题或者是设计的关键所在,或者尚待进一步探讨。