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。

差速非对称双螺杆挤出制备高性能HDPE/h-BN导热复合材料

电子元器件的飞速发展对电子设备的散热要求也越来越高。通过使用基于混沌混合原理的差速非对称双螺杆挤出机制备了高密度聚乙烯(HDPE)/六方氮化硼(h-BN)高导热复合材料,通过微观形貌、导热性能、力学性能等测试分析,研究了螺杆转速对h-BN的剥离与分散混合及其对HDPE/h-BN复合材料性能的影响。结果表明,转速的提升能够改善挤出机对h-BN的剥离分散效果,从而提高导热复合材料的综合性能。当转速为300 r/min时,平面内和平面外方向上的热导率分别达到了7.91和0.38 W/(m·K),与100 r/min时相比,分别提高了7.62%和15.15%,而拉伸强度和断裂伸长率分别提升了2.68%和81.63%。此方法工艺简单、生产效率高,且无需使用有害试剂,为高效规模化制备综合性能优异的高导热复合材料提供了新思路。

新型非对称同向双螺杆挤出机内混沌混合表征

提出了全新的同向自洁双螺杆非对称造型新概念。给出了转速比为2∶1的2根螺杆的端面造型和运动关系并建立了数学模型。以符合Carreav定律的流体为加工对象,采用Polyflow软件的叠加网格技术,分别对新型非对称双螺杆和传统双螺杆端面内的周期性二维流动和混合进行数值模拟研究。采用粒子追踪技术,对混合过程进行了动力学行为表征,证实了新型非对称螺杆内混沌混合的存在。通过统计学分析,得出累积分散准数和拉伸长度,分析了新型非对称双螺杆和传统双螺杆的混合行为差异。

自洁型非对称同向双螺杆挤出机混合分析

设计了自洁型非对称同向双螺杆,并采用实验研究及数值模拟方法分析其混合特性。采用活性纳米CaCO3(nano-CaCO3)填充线形低密度聚乙烯(PE-LLD)的体系进行实验研究,在挤出量一定的前提下分别在自洁型非对称同向双螺杆挤出机以及普通同向双螺杆挤出机上造粒,通过扫描电子显微镜观察产品中nano-CaCO3分布情况。结果表明,非对称双螺杆挤出PE-LLD/nano-CaCO3复合材料中nano-CaCO3分布较为均匀,粒径尺寸更小,具有明显的增韧效果,这与数值模拟结果一致。

同向非对称双螺杆挤出HDPE/PS共混体系沿程混合表征

同向非对称双螺杆挤出机作为新型加工设备,混合机理以及聚合物相形态变化是值得关注的重点。文中借助HDPE/PS共混体系,对同向非对称双螺杆挤出机螺槽充满程度以及螺杆输送机理做出简要分析,对挤出过程沿程混合相形态及分散相粒径统计分析表征。结果表明,同向非对称双螺杆挤出机中双头螺槽填充率高于单头,物料完全熔融后,粒径变化较小,而在同一径向长度,单头螺槽内分散相粒径略小于双头螺槽,并对这一现象进行了初步分析。

同向非对称双螺杆挤出高密度聚乙烯/聚苯乙烯共混体系熔融机理

借助于自主研制转速比为2的剖分式同向非对称双螺杆挤出机对高密度聚乙烯(HDPE)/聚苯乙烯(PS)共混体系的熔融混合过程进行了沿程取样研究,并比较不同螺纹元件螺距和操作条件对熔融过程的影响,对熔融过程沿挤出方向的相形态变化进行初步分析。实验表明,大部分物料在第1加热区发生塑性变形,单头螺杆固体输送区的充满度比双头螺杆的高且HDPE首先发生熔融,左右螺槽的拉伸和压缩作用和对应螺纹元件螺距的不一致性使物料更快形成海-岛熔融模型,HDPE/PS在耗散混合熔融和粘性耗散熔融机理下快速熔融;减少螺纹元件螺距可以加快熔融速率,缩短熔融长度。

同向非对称双螺杆挤出PP/PA6形态演变

借助于自主研制转速比为2的剖分式同向非对称双螺杆挤出机,对PP/PA6共混体系的混合过程进行了沿程取样研究,并比较不同螺杆截面对形态演变过程的影响,利用等价平均粒径分析分散相的粒径。粒径统计分析发现,单头和双头螺杆螺槽内分散相的形态有所不同,且单头螺杆的分散混合能力高于双头螺杆,而在熔融后期螺杆端部,分散相平均粒径值有所下降。

同向非对称双螺杆挤出TPU／PP共混体系研究

通过对同向非对称双螺杆挤出机和传统同向双螺杆挤出机的应用,研究了在无添加相容剂情况下热塑性聚氨酯/聚丙烯(TPU/PP)共混体系的力学性能和相形态。结果表明,和传统同向双螺杆挤出机相比,同向非对称双螺杆挤出机在长径比和捏合块均减少的情况下加工的共混物力学性能更好,分散相的平均粒径更小、更均匀,并且共混物的韧性和相容性更好。

同向非对称双螺杆混合石墨增强导热高分子材料性能研究

选用粒径为15μm的鳞片石墨和3μm的氧化铝（A1203）为导热填料，采用新型同向非对称双螺杆挤出机为加工设备，在石墨填充量为10％（质量分数，下同）而Al2O3填充量为10%～50％范围内，制备聚丙烯（PP）／Al2O3和PP／A1203／石墨导热高分子材料并进行性能测试。结果表明，添加少量石墨，在Al2O3填充量低时可增强导热高分子材料的拉伸强度，石墨与Al2O3的混杂减缓了拉伸强度下降的速率，改善了导热高分子材料的弯曲和冲击性能；PP／Al2O3／石墨的熔体流动速率比PP／Al2O3的小，PP／Al2O3／石墨比PP／Al2O3的负载热变形温度升高约15％。

非对称同向双螺杆端面造型对混合行为影响数值模拟

提出了同向自洁型双螺杆挤出机端面非对称造型的新概念。以符合Carreau定律的纯黏性流体为加工对象,建立相应的数学模型。采用Polyflow软件,基于叠加网格技术,对两种螺杆造型端面内的周期性流动和混合情况进行数值模拟。将粒子示踪技术及分离尺度相结合,研究了流场内分布混合能力;将分散准数与剪切速率相结合,表征了流场的分散混合能力。当两组螺杆单位时间转过的总圈数一致时,螺杆转速比为2∶3的组合混合能力稍优于转速比为2∶1的组合。

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。

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。

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.

新型非对称同向自洁型双螺杆混合过程模拟表征

介绍了新型非对称同向自洁型双螺杆端面造型特点及运动关系,建立了转速比为2/1的两根螺杆端面造型的物理模型。基于准静态假设,采用叠加网格技术,借助商用Polyflow软件,分别对新型非对称双螺杆和传统双螺杆端面内的周期性二维流动和混合进行数值模拟研究。以分散准数为指标,进行了静态混合及动力学行为表征。通过粒子示踪技术,得出累积分散准数和最大分散准数,分析新型非对称双螺杆和传统双螺杆的二维流场混合行为的差异,进一步探索螺杆造型对混合过程的影响规律。

同向双螺杆挤出机在聚合物脱挥中的应用研究

综述了聚合物脱挥设备的分类和基本情况,并着重介绍了双螺杆挤出机在聚合物脱挥领域中的应用、优点、国内外发展概况及发展趋势等,同时在大量工业化应用的基础上提出了切实可行的同向双螺杆挤出机脱挥工艺,并详细分析了同向双螺杆挤出机主要零部件的设计要求和设计方法。

同向旋转双螺杆挤出机相似放大参数优化深入探讨

采用FEM与正交试验设计相结合的方法,分别将20和72同向旋转双螺杆挤出机作为基准机型和目标机型,选用螺槽深度、螺杆转速和螺杆与机筒间隙作为试验因素,将产量、比能耗、最大剪切应力和平均停留时间作为评价指标,综合分析了不同几何参数对各个指标的影响,得出目标机型最优几何参数水平组合。

啮合同向双螺杆挤出机偏心六棱柱元件混合性能的研究

提出了一种新型的偏心六棱柱元件,并对其混合流场进行三维非牛顿等温模拟;比较了六棱柱元件和偏心六棱柱元件的混合性能,同时通过添加10%(质量分数,下同)玻璃纤维增强的聚碳酸酯共混改性实验,对两者的混合效果进行了评估和表征。结果表明,由于流场中引入了明显的拉伸流动,偏心六棱柱的分散和分布混合能力优于六棱柱元件,所制备的玻璃纤维增强材料的韧性提升超过40%,并且热变形温度提高了7℃。

同向旋转双螺杆挤出机计量段中聚合物挤出的模拟

建立了非牛顿粘性聚合物熔体在同向旋转双螺杆挤出机计量段中的三维非等温流动模型 ,利用网格叠合技术分析了挤出机计量段内速度、温度、压力、粘度、粘性耗散热的分布以及螺杆转速、轴向压差对挤出量的影响。

同向双螺杆挤出机螺杆轴向力的数值模拟和实验研究

应用 POLYFLOW 软件模拟计算了组合螺杆元件在流场中受到的轴向力。模拟结果表明,轴向力随螺杆相位角的变化而波动;螺杆构型对轴向力的影响较大;操作条件会对轴向力产生影响。自行设计了拉杆应变测量系统对螺杆轴向力进行了间接测试,结果表明螺杆轴向力由机头静压力和附加轴向力组成,使用实验螺杆组合时,附加轴向力约为机头静压力的0.4～1.6倍。

啮合同向双螺杆挤出机的相似放大

首先给出啮合同向双螺杆挤出机熔体输送段相似放大方法中所用到的参量表达式,然后从混合、热平衡和综合这两方面分别进行相似放大,并分析各自的优缺点。利用W＆P公司ZSK系列混合机的设计特点和技术数据,分析了相似放大设计在实际中的应用。对大型同向双螺杆挤出机提出相似放大的准则,应是螺杆线速度保持恒定。