Chemical and mechanical properties of stainless, environment-friendly, and nonflammable Mg alloys (SEN alloys): A review

This review article provides overall understanding of stainless,environment-friendly,and nonflammable Mg alloys(SEN alloys)recently developed at the Korea Institute of Materials Science.SEN alloys are produced by adding small amounts of Ca and Y(each<1 wt%)into commercial Mg–Al based alloys,resulting in exceptional ignition and corrosion resistances and impressive mechanical properties.Their main advantages of SEN alloys are as follows.(1)A dense multi-oxide layer of SEN alloys comprising MgO,CaO,and Y_(2)O_(3) impedes the outward dispersion of Mg vapor and the inward penetration of O_(2) during oxidation,thereby enhancing the oxidation and ignition resistances.(2)The presence of Ca-and Y-based second-phase particles in SEN alloys can enhance their corrosion resistance because Ca-containing particles prevent the spread of corrosion,and the replacement of Al-containing particles with less noble ones containing Y(e.g.,Al–Mn–Y or Al–Y particles)retards corrosion.(3)The addition of minor amounts of Ca and Y renders excellent mechanical properties due to improved strengthening effects.These enhanced properties are attributed to more pronounced dynamic recrystallization and grain refining behaviors caused by the second-phase particles during extrusion.(4)Despite the presence of various types of second-phase particles,the fatigue properties of SEN9 alloys are similar to those of commercial AZ91 alloys.(5)Simultaneous introduction of Ca and Y suppresses the formation of Mg17Al12 discontinuous precipitates during aging,leading to the enhanced elongation of aged SEN alloys.(6)Adding mischmetal into the SEN9 alloy leads to a six-fold enhancement in extrudability.Consequently,the studies conducted on SEN alloys demonstrate their excellent ignition and corrosion resistances and mechanical properties,which broaden the industrial applications of Mg alloys by addressing their inherent weaknesses.

螺杆挤出机相似放大理论的研究进展

总结了近些年来国内外提出的螺杆挤出机相似放大准则,并对比分析了常用的放大系数和适用范围,同时,介绍了相似放大理论在螺杆挤出机中的优化挤出机的结构参数、工艺条件的实际应用,最后指出了螺杆挤出机相似放大理论进一步探索和优化,为螺杆挤出机行业的可持续发展提供更加有效的理论支持。

阻燃永久抗静电型TPAE复合材料的制备

研究将聚酰胺弹性体(TPAE)、氮磷系阻燃剂和聚季铵盐永久抗静电剂,通过双螺杆挤出机进行共混、熔融、挤出,制备得到阻燃抗静电的TPAE复合材料,考察其导电、阻燃和力学性能。结果表明:随着抗静电剂的增加,TPAE材料的表面电阻率呈降低趋势;氮磷系阻燃剂可使TPAE材料的阻燃等级达到UL94-V0级。

3D打印用砂浆的可打印性能研究

现有研究和相关技术标准多采用观测法检验3D打印材料的打印性能,缺少对可挤出性和可建造性的量化评价指标。本文基于流动度等常规工作性能指标对可打印性能的影响,提出挤出均匀性、累计形变率两个量化指标,用于评价3D打印材料的可打印性能,并在本试验条件下建立常规工作性能指标与打印质量的联系。结果表明:3D打印砂浆的挤出均匀性随流动度的增加先提高后降低,随动态屈服应力的增加而降低;累计形变率随高度保留率的增加而降低,随静态屈服应力的增加而降低。本试验参数条件下,当挤出均匀性小于3.5%、累计变形率不大于6%、动态屈服应力为200~800 Pa、静态屈服应力为1800~3300 Pa时,砂浆打印层数较高(不小于30层),可打印性能较好。

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。

不同油脂来源及添加水平对肉鸡颗粒饲料质量、生长性能和肉品质的影响

本试验旨在研究不同油脂来源及添加水平对肉鸡颗粒饲料质量、生长性能、肉品质及血清生化指标的影响。试验选取1日龄白羽肉鸡960只,随机分为6组,每组8个重复,每个重复20只鸡。采用双因素试验设计,饲粮中油脂来源分别为大豆油、膨化大豆和脂肪粉,油脂添加水平分别为3%和5%。试验期42 d,分为前期(1~21日龄)和后期(22~42日龄)2个阶段。结果表明:1)在颗粒饲料质量方面,脂肪粉组成型率、颗粒耐久性和硬度显著高于其他2组(P<0.05);相比于3%添加水平,5%添加水平显著降低了颗粒饲料成型率、颗粒耐久性和硬度,且除脂肪粉组外,豆油组和膨化大豆组颗粒饲料颗粒耐久性显著降低(P<0.05),并均低于90%。2)在肉鸡生长性能方面,与大豆油组相比,5%脂肪粉组前期料重比显著降低(P<0.05);膨化大豆组后期和全期平均日增重显著降低(P<0.05)。3)在肉品质和血清生化指标方面,与大豆油组相比,脂肪粉组肉鸡胸肌剪切力和24 h滴水损失显著降低(P<0.05),膨化大豆组胸肌24 h滴水损失显著降低(P<0.05);膨化大豆组和脂肪粉组血清三碘甲状原氨酸(T3)含量和T3/甲状腺素(T4)值显著提高(P<0.05)。相比于3%添加水平,5%添加水平显著降低了肉鸡胸肌剪切力(P<0.05)。综上所述,添加5%脂肪粉能够提高肉鸡颗粒饲料质量、肉品质以及甲状腺的功能活性。

新型变速单螺杆挤出机中熔体流动特性的数值模拟

针对目前传统单螺杆挤出机因输送能力差、不节能等问题而导致的挤出效率不好,设计了一种新型变速单螺杆挤出机,用以提高单螺杆挤出机的挤出效率。文章基于有限元体积法、利用Pro/E三维绘图软件建模、并以ANSYS/CFX流体模块为平台,对新型变速单螺杆挤出机进行数值模拟,参照传统单螺杆挤出机,通过分析了压力场、速度场以及挤出性能指标与其进行对比。分析结果显示,螺杆转速的提高能有效扩大流道压力差,增强建压性能,减少物料的停留时间,从而增加输送率;其普通段与增速段分界处因增速所产生的速度差,以及反转引起的对流效果,使物料的流动由层流变为紊流,大大增强了对物料的分散混合。研究结果表明,新型变速单螺杆挤出机在保证挤出品质的基础上提高了输送能力,并减少了能耗,从而有效改善了挤出效率。

饲粮中添加膨化亚麻籽和微藻对湖羊血清抗氧化指标和肌肉脂肪酸含量的影响

旨在了解饲粮中添加膨化亚麻籽和微藻对湖羊血清抗氧化指标和肌肉脂肪酸含量的影响。选择体重相近的健康4月龄湖羊45只,随机分为3组,各组3个重复,每个重复5只。对照组采用玉米-豆粕型基础饲粮,试验A组采用基础饲粮+10%膨化亚麻籽,试验B组采用基础饲粮+5%膨化亚麻籽+5%微藻粉,试验期为2个月。结果:试验A组谷胱甘肽过氧化物酶活性较对照组显著下调28%(P<0.05);与对照组相比,试验A组和B组显著降低超氧化物歧化酶活性(P<0.05),显著增加过氧化氢和丙二醛含量(P<0.05),显著提高湖羊背最长肌中n-3多不饱和脂肪酸含量(P<0.05),显著降低n-6/n-3多不饱和脂肪酸比值(P<0.05)。本试验结果表明,添加亚麻籽和微藻粉各5%对羊肉品质影响效果最优。

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。

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。

紫皮马铃薯全粉-挤压膨化荞麦混粉流变学特性对无糖酥性饼干品质的影响

以紫皮马铃薯全粉和挤压膨化荞麦粉部分替代小麦粉制作无糖酥性饼干,探讨不同添加量的紫皮马铃薯全粉和挤压膨化荞麦粉(质量比1∶1)对混粉粉质特性、糊化特性、拉伸特性及饼干质构特性、感官评分的影响。结果表明:随着紫皮马铃薯全粉和挤压膨化荞麦粉添加量的增加,混粉面团形成时间、稳定时间、面团延伸性、拉伸面积均降低,而吸水率升高;混粉峰值黏度、保温黏度、终点黏度、回生值降低;以混粉质量为基准,当紫皮马铃薯全粉和挤压膨化荞麦粉添加量为20%时,所制作的酥性饼干硬度适中、质地酥脆蓬松,富有浓郁的马铃薯风味,口感最佳,感官评分最高。

挤压机板焊柱塞结构强度计算及优化设计

柱塞在挤压机工作时要承受很大的应力,设计时必须进行强度计算及校核。相比于传统锻焊式柱塞,板焊式柱塞在减轻自重的同时也更容易出现应力集中。对柱塞主结构进行受力分析,提取其主要载荷,使用弹性力学厚壁圆筒理论对柱塞结构中段进行强度计算,推导出第四强度理论下的等效应力计算公式。根据计算结果提出三个加筋方案,并使用有限元法分别对加筋后的柱塞结构进行强度计算,模拟柱塞受载后应力状态,校核强度并分析讨论最适合生产制造的设计方案。

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。

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。

基于CFX的豆粕组合三螺杆流道混合机理分析

针对目前传统三螺杆膨化机挤压性能和混合效率所存在的缺陷,为了提高挤出产品质量,这里设计了一种新型的组合式三螺杆膨化机。以豆粕为原料,利用CFX有限元仿真模块来对反向螺纹的组合三螺杆流道进行数值模拟,通过分析在宏观压力、速度矢量、速度迹线上的特性来与传统三螺杆进行比较,总结豆粕在流道内的运动规律。分析结果显示,流道内-0.24 m,-0.22 m,-0.18 m处涡流区的出现改变了物料的运动模式,延长了物料的挤出时间,提高了物料的分散混合。研究结果表明,反螺纹三角排列给物料带来反复的周期性剪切与挤压能有效改善物料的挤出质量,其研究结果为优化三螺杆膨化机的加工提供了一定的理论依据。

单螺杆挤出机喂料段螺旋沟槽衬套的流场分析

运用Solidworks三维建模软件建立喂料段沟槽衬套的实体模型。利用ANSYS/FLUENT进行有限元流场分析,针对单螺杆挤出机制备再生胶时喂料段螺旋沟槽衬套的沟槽深度,沟槽宽度,沟槽个数对胶料固体输送速率的影响进行了分析。本文还对挤出机喂料段沟螺旋槽衬套的沟槽深度,沟槽宽度及沟槽个数等参数进行了优化。其研究结果对单螺杆挤出机制备再生胶时喂料段沟槽衬套的设计及参数选取有一定的指导意义。

熔融沉积成形中扁平椭圆截面挤压宽度模型的分析与实验

目的在熔融沉积成形工艺中,挤压宽度是一个被忽视的核心参数,它不仅直接影响层高、进料速率、扫描速率等工艺参数,还间接影响打印制件的表面粗糙度、力学性能、尺寸精度和构建时间。因此,必须严格控制挤压宽度。方法首先在3D打印挤出原理、黏弹性理论和聚合物流变学理论的基础上,提出了扁平椭圆截面模型。然后将该模型的理论计算结果与实验测量数据进行比较,验证了扁平椭圆模型的准确性,并分析了误差的来源。同时在该模型的基础上,研究了料丝直径公差对挤压宽度的影响、扫描速率与进料速率的匹配范围和最大扫描速率。结果提出了挤压长丝截面的扁平椭圆模型,得到了理论挤压宽度的表达式,并通过实验验证了该截面模型的误差在6%以内,并研究了料丝直径公差对挤压宽度的影响、扫描速率与进料速率的匹配关系,以及PLA材料在不同层高下的最大扫描速率。结论为提高打印制件品质和效率提供了重要参考。

添加杏鲍菇粉对挤压米品质特性的影响

【目的】采用双螺杆挤压工艺,以杏鲍菇粉和米粉为原料生产杏鲍菇挤压米产品,并分析产品的预测血糖指数,为开发营养全面、血糖生成指数低的食用菌挤压米产品提供技术支持。【方法】测定20%、40%、60%杏鲍菇粉添加量的挤压米蛋白质、粗纤维、氨基酸、脂肪等基本成分的含量;通过RVA快速粘度分析仪、旋转流变仪对不同杏鲍菇粉添加量的混合粉糊化特性、流变特性进行分析;通过扫描电镜、色度计、质构分析仪并结合体外消化和感官评价对不同添加量的杏鲍菇挤压米的内部结构、颜色、质构特性、淀粉水解率、预测血糖指数(pGI)、感官评分进行分析。【结果】与空白挤压米相比,杏鲍菇粉的添加使杏鲍菇挤压米的蛋白质、粗纤维、氨基酸含量显著增加,20%、40%、60%杏鲍菇粉添加使蛋白质含量分别增加了71.84%、70.19%、96.70%,粗纤维含量分别增加了850%、2350%、3750%,总氨基酸含量分别增加了40.98%、58.96%、66.03%。随着杏鲍菇粉添加量的增加,混合粉体系的糊化特性和流变特性均呈降低趋势,峰值黏度、谷值黏度、最终黏度、崩解值、回生值逐渐减小,储能模量(G′)和损耗模量(G″)逐渐降低,典型弱凝胶,弹性占比大,其中20%的杏鲍菇粉添加量最接近米粉的粉质参数。通过扫描电镜发现,与空白挤压米相比,杏鲍菇挤压米横截面孔隙随着杏鲍菇粉添加量的增加而增多,结构紧密程度降低,其中20%的杏鲍菇挤压米结构紧密,裂痕少。杏鲍菇挤压米L*、b*值显著减小,a*先增加后减小;蒸煮过后的吸水率、蒸煮损失率随着杏鲍菇粉添加量的增加而增加,膨胀率影响不显著,20%杏鲍菇挤压米的蒸煮特性在添加组中最好。挤压米饭的硬度、弹性、胶着度、咀嚼性随杏鲍菇粉添加量的增加而增加,粘聚性、回复性先减小后增加;淀粉的消化率、快速消化淀粉(RDS)、慢消化淀粉(SDS)、预测血糖指数(pGI)也随着杏鲍菇粉添加量的增加而增加,但均低于普通大米和空白挤压米;而抗性淀粉(RS)的含量均大于其他两组,且随杏鲍菇粉添加量的增加而增加,20%杏鲍菇挤压米预测血糖指数(pGI)值最低(60.18),相较于普通大米降低了20.60,而且其抗性淀粉(RS)含量最高;感官评价结果显示,杏鲍菇挤压米饭外观结构、适口性、滋味、冷饭质地及综合评分随着杏鲍菇粉添加量的增加而降低,气味评分则是先减小后增加,从得分来看,20%的杏鲍菇挤压米是66.75分,最容易被消费者所接受。【结论】20%的杏鲍菇挤压米营养丰富,质构指标适中,预测血糖指数(pGI)60.18,为中血糖生成指数(GI)食品,口感味道良好。添加杏鲍菇粉使挤压米的营养价值显著提高,具有较好的食用品质。

基于EDEM的膨化饲料离散元参数标定及其破碎机制研究

针对膨化饲料破碎机制尚不明确,难以通过优化加工机械的关键结构、运行参数来降低膨化饲料破碎率的实际问题。本试验以膨化饲料为研究对象,应用EDEM软件建立了膨化饲料离散元模型,结合离散元黏结参数(单位面积法向刚度、单位面积剪切刚度、临界法向刚度、临界剪切刚度)测试与标定试验,确定了膨化饲料离散元黏结参数的临界法向刚度、临界剪切刚度的取值分别为10.86、2.31 Mpa,单位面积法向刚度、单位面积剪切刚度的量级范围分别为[1010,1011]、[109,1010];二次正交旋转组合试验表明,当单位面积法向刚度、单位面积剪切刚度的取值分别为1.52×1010、4.16×109 N/m3时,仿真模型的挤压、剪切破碎力与实际破碎力之间的误差均在5%以内,标定结果合理;膨化饲料破碎过程分析结果表明,饲料样本承受剪切力的能力较差,承受挤压力的能力较强,但受剪切时不会产生粉末。本研究可为设计膨化饲料加工机械及运行参数的设定、降低膨化饲料破碎率提供理论参考。

膨化大豆粉的生产加工技术及在饲料中的应用

为给膨化大豆粉相关产品的开发和应用提供参考,根据生产实践经验,总结了在无抗大环境下膨化大豆粉的生产加工技术、关键设备和关键指标控制,并对膨化大豆粉在仔猪、奶牛、水产和家禽饲料中的应用研究情况进行了综述。原料大豆经除杂、破碎、粉碎、调质、膨化、冷却、干燥、破碎等工艺生产膨化大豆粉,膨化大豆粉生产关键设备包括原料破碎机、锤片式粉碎机、调质器、膨化机、翻板冷却器、成品破碎机等。膨化大豆粉关键指标为抗营养因子(脲酶活性0.01~0.03 U/g)、氢氧化钾蛋白质溶解度(75%~80%)、脂肪(17%~20%)、粗蛋白质(35%~39%)、水分(≤12%)、颗粒度(0.85 mm筛网过筛率≥90%)等,可通过调节工艺参数和加工工艺等方式,控制关键指标。膨化大豆粉可用于仔猪、奶牛、水产、家禽的饲料中,具有促进消化吸收、提高生产性能等优点。综上,膨化大豆粉生产工艺简单,同时对提高养殖经济效益具有十分重要的意义。