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《北京化工大学》 2004年
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螺杆冷却时单螺杆挤出过程熔融机理及相变行为的可视化研究

邢应生  
【摘要】:聚合物在挤出机内经过固体输送、熔融塑化、均化等单元过程,最终通过机头口模挤出成型为需要的制品。据此,单螺杆挤出理论也主要由固体输送理论、熔融理论和熔体输送理论组成。其中,以熔融理论最为复杂,这不仅是因为它涉及到在复杂力场中聚合物非线性粘弹性的流变行为,而且还与聚合物的相变过程有关,而且这种相变过程往往还是非稳态的,需要结合动力学和热力学的理论进行综合的研究。 许多挤出机的螺杆都装有冷却装置以达到控温的目的,在挤出过程中冷却螺杆,可以降低螺杆温度,防止固体输送段物料过早熔融和计量段的物料过热分解,提高固体输送效率,有利于固体床中的气体和低熔点挥发成分的排出,有效消除固体床破碎的产生,从而稳定挤出过程,提高制品质量,因而在工业生产中获得了一定的应用。但是关于螺杆冷却时挤出过程的研究却一直很少,以致于其优点容易被制品加工商们所忽视。 冷却螺杆时的挤出过程会发生很多与不冷却螺杆挤出完全不同的现象。由于物料在机筒中会经历多次的相变过程,出现非稳态相变行为的可能性大大增加,然而,关于相变行为的研究一直是以测试最终制品的微观结构为主,对发生在加工过程中相态变化机理的研究一直是个空白。可视化挤出机为这种研究供了实验条件。 本文采用实验研究和理论研究相结合的方法,从探讨冷却螺杆时熔融机理出发,借助可视化挤出实验,研究了熔融的物理数学模型和挤出过程中的相态变化两个方面的内容。本文主要的工作和结论如下: 1、对挤出理论的研究方法进行了较为深入的探讨,指出了动态可视化技术在实验研究中的优越性,分析了数值计算方法在理论研究中的运用,针对能量方程的耦合和熔融过程中固液运动界面追踪等问题,提出了数值计算中的解决方法。 2、对冷却螺杆时挤出过程进行分析和实验研究,指出了前人物理模型的不足,建立了更完善的物理模型,为建立数学模型提供条件。实验表明,冷却螺杆时, WP=6 固体床保持连续而不破碎,不产生下熔膜和侧熔膜,固体床和熔池之间有能量和质量的交换; 3、首次建立了冷却螺杆时熔融机理的数学模型,并结合相态分析结果,对数学模型中的一些问题进行了分析探讨,运用有限差分等数值方法对熔融段各区的数学模型方程进行处理,使用Visual C++编写程序求解控制方程,获得了熔融过程的数值解; 4、实验验证了数学模型的计算精度,结果表明,本文的数学模型与实验结果基本吻合。并对沿程压力分布,固体床宽度分布等问题进行了分析; 5、对固体床速度和变形进行了分析,认为固体床是由密实的芯部和被熔体渗入的外壳组成的,计算固体床强度应该综合考虑,定义了固体床的z向速度比系数,运用示踪粒子方法,利用实验数据给出了z向速度比系数的经验回归方程,可以进一步得到螺杆轴向任意位置的固体床速度; 6、借用一个前人无法解释的现象,引出研究成型加工过程中相态变化行为的必要性,介绍了加工过程中非稳态相变行为的原因及影响因素。首次将亚稳态研究应用于挤出过程中,指出冷却螺杆的挤出过程中,物料会由于动力学快捷的原因形成亚稳态; 7、首次对挤出成型加工过程中相态变化行为进行了研究。运用逐步分析的方法,详细分析了挤出过程中发生在各特定区域的聚合物相态变化。结合亚稳态理论论证了过冷液体的形成原因,得出了接近螺杆表面的两种结晶现象分别是由非均相成核和均相成核引起的结论,揭示了在挤出加工过程中存在的聚合物亚稳性行为一些规律; 8、设计可视化挤出实验方案,研究影响挤出过程相变行为的相关因素。实验证明,螺杆温度是影响相变行为的最主要因素,成核剂、交联剂、增塑剂等助剂对相变行为也有直接的影响。 关于熔融机理的实验和理论研究,将有利于完善聚合物挤出成型数学物理模型,使之能更准确反映螺杆冷却时的挤出熔融实际状况,进而优化加工工艺和设备设计。而聚合物加工过程中的相变行为的研究是对聚合物凝聚态物理的研究提供了一个新的思路,可视化技术在本文研究中发挥了重要的作用。
【学位授予单位】:北京化工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2004
【分类号】:TQ05

【参考文献】
中国期刊全文数据库 前9条
1 强士中,李小珍,王孝国;解变系数偏微分方程的任意差分精细积分法[J];计算力学学报;1997年03期
2 秦永法;塑料挤出机头流道的数值分析[J];模具工业;1998年07期
3 柳和生,胡海明;罚有限元法在聚合物成型加工研究中的应用[J];青岛化工学院学报;1995年04期
4 黄兆阁,冯绍华,邱桂学,胡俊,宋桂英;成核剂对聚丙烯结晶形态和力学性能的影响[J];塑料工业;2003年05期
5 秦晓南,江波;几种有限元分析方法在机头流道分析中的应用研究[J];橡胶工业;2002年09期
6 袁明君,朱复华;单螺杆挤出过程中固体粒子的变形、取向与熔融Ⅰ.固体粒子的变形分析[J];中国塑料;1999年11期
7 邢应生,朱复华;螺杆冷却时的单螺杆挤出熔融理论研究[J];中国塑料;2004年05期
8 江顺亮,朱复华;单螺杆挤出全过程三段七区模型的计算机模拟及软件研制[J];中国塑料;2003年01期
9 柳和生,涂志刚,孙燕萍,包忠诩;聚合物口模挤出流动分析方法[J];高分子通报;2001年02期
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 袁明君;单螺杆挤出的过程研究[D];北京化工大学;1997年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 张秋禹;热致液晶聚合物与聚苯硫醚共混体系的研究[J];工程塑料应用;1995年06期
2 张秋禹;聚砜/聚苯硫醚共混物性能研究[J];工程塑料应用;1997年01期
3 王庭慰,陈逸范,郭勇;高频低损耗PS/TiO_2复合材料介电性能研究[J];工程塑料应用;1997年03期
4 苑会林,韩双冰,李序明;硅烷交联聚乙烯加工流变性能研究[J];工程塑料应用;2000年08期
5 李海东,程凤梅,王宇明,任秀艳;聚丙烯的官能化及其与尼龙66相容性研究[J];工程塑料应用;2003年03期
6 张延恒,唐跃,綦黎明;HDPE在挤出温度条件下流变行为的研究[J];工程塑料应用;2003年08期
7 杨宝林,阎逢元,李波;聚苯硫醚的摩擦学性能[J];工程塑料应用;2004年11期
8 蔡奎,周国发,钟序光,胡晨章,张效迅;气辅共挤成型界面不稳定的数值模拟研究[J];工程塑料应用;2005年04期
9 马德君;陈晋南;彭炯;王明丽;;注塑机螺杆头三维等温流场的数值模拟[J];工程塑料应用;2006年03期
10 毕红,阮德礼,章于川,黄乔坤;新型茶单宁聚氨酯材料的研究(Ⅰ)[J];安徽大学学报(自然科学版);2000年04期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 程栋材;黄志雄;;高聚物材料阻尼机理及IPN阻尼材料的发展进展[A];第十五届玻璃钢/复合材料学术年会论文集[C];2003年
2 陆文昌;孙一源;;食品挤压机的设计[A];'97北京国际食品加工及包装技术讨论会论文集[C];1997年
3 谢校臻;王继辉;冀运东;;脱硫烟道用乙烯基酯树脂复合材料力学性能测试[A];节能环保 和谐发展——2007中国科协年会论文集(一)[C];2007年
4 曹建军;;纳米TiO_2/ABS复合材料抗光老化性能研究[A];第六届中国功能材料及其应用学术会议论文集(10)[C];2007年
5 张野;;新型聚酯啤酒瓶专用料的研究[A];PPTS2005塑料加工技术高峰论坛论文集[C];2005年
6 陈晓艳;王化祥;赵波;;基于自适应多重网格的人体肺部功能成像技术[A];中国生物医学工程进展——2007中国生物医学工程联合学术年会论文集(下册)[C];2007年
7 李健;张邺;张声春;;非晶态高聚物松弛主转变峰与Tg转变的相关性研究[A];内耗与超声衰减——第四次全国固体内耗与超声衰减学术会议论文集[C];1994年
8 马志国;李青山;辛婷芬;;差别化纤维系列结构及其蠕变特性的研究[A];第八届功能性纺织品及纳米技术研讨会论文集[C];2008年
9 彭娅玲;张志国;汪礼;戴玛丽;;非稳态NACA翼型绕流兴波的数值模拟研究[A];2007年船舶力学学术会议暨《船舶力学》创刊十周年纪念学术会议论文集[C];2007年
10 沈兴荣;冯学梅;蔡荣泉;;大型集装箱船桨舵干扰粘性流场的数值计算研究[A];2007年船舶力学学术会议暨《船舶力学》创刊十周年纪念学术会议论文集[C];2007年
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1 张志兵;气动冲击锤的计算机模拟研究[D];中南大学;2001年
2 查旭东;基于同伦方法的路面模量反算的研究[D];长安大学;2001年
3 徐小明;大型河网水力水质数值模拟方法[D];河海大学;2001年
4 荣峻峰;聚烯烃纳米复合材料及新型烯烃聚合催化剂的研究[D];石油化工科学研究院;2000年
5 林起浪;炭材料用基体前驱体煤沥青的改性研究[D];西北工业大学;2002年
6 朱月群;含金属离子丙烯酸聚合物的研究[D];西北工业大学;2002年
7 余锦华;地形对涡旋Rossby波传播和台风强度变化影响的研究[D];南京气象学院;2003年
8 史宏达;港区堤防布置的数值模拟与优化[D];中国海洋大学;2003年
9 陈启和;弹性蛋白酶发酵工艺及其发酵动力学研究[D];浙江大学;2003年
10 滕新荣;超临界CO_2条件下聚丙烯腈和聚酯的合成研究[D];东华大学;2002年
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1 赵涛;有压隧洞出口段水流的二维势流蒙特卡罗解[D];新疆农业大学;2000年
2 牧振伟;内陆性金沙河流非恒定一维和平面二维水沙运动数值模拟[D];新疆农业大学;2000年
3 梁春涛;东亚及邻区地幔体波层析成像[D];成都理工学院;2001年
4 江礼军;玻璃钢—钢混合抽油杆柱动特性的计算机模拟[D];燕山大学;2001年
5 赵东明;弹道导弹扰动引力快速逼近的算法研究[D];解放军信息工程大学;2001年
6 胡福刚;有源集成天线分析与设计[D];西安电子科技大学;2002年
7 全为民;千岛湖富营养化评价及其模型应用研究[D];浙江大学;2002年
8 陈冰;航空发动机叶片内部通道冷却的数值模拟[D];大连理工大学;2002年
9 张志强;一种新型磨机粉磨性能的研究[D];中国农业大学;2002年
10 段林平;热流密码体制半线性模型C-N格式的收敛性、稳定性及迭代算法[D];中国人民解放军信息工程大学;2002年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前9条
1 朱林杰,耿孝正,马秀清,李鹏;啮合同向双螺杆挤出过程聚合物熔融机理研究——螺纹元件组合中聚合物的熔融[J];中国塑料;2000年04期
2 朱林杰,耿孝正,李鹏,马秀清;啮合同向双螺杆挤出过程聚合物熔融机理研究——复合螺杆组合中聚合物颗粒的熔融[J];中国塑料;2000年05期
3 邢应生,朱复华;螺杆冷却时的单螺杆挤出熔融理论研究[J];中国塑料;2004年05期
4 朱林杰,耿孝正;啮合同向双螺杆挤出过程聚合物粒料熔融机理研究(一)——熔融机理研究现状及基本概念[J];中国塑料;1999年06期
5 何红,朱复华;单螺杆挤出过程的亚宏观可视化技术与理论[J];工程塑料应用;2000年12期
6 朱复华,刘廷华,郭奕崇,陈自卫,闰宝瑞,周志军;同向旋转双螺杆挤出可视化研究[J];塑料;1996年04期
7 袁明君,朱复华;单螺杆挤出过程中固体粒子的变形、取向与熔融Ⅰ.固体粒子的变形分析[J];中国塑料;1999年11期
8 刘福桥,耿孝正,张沛;非啮合异向旋转双螺杆挤出过程可视化研究(Ⅰ)──固体输送模型化[J];中国塑料;1996年03期
9 刘廷华,朱复华;啮合型同向旋转双螺杆挤塑螺槽非充满的固体输送的理论研究(Ⅰ、理论模型)[J];中国塑料;1996年05期
中国博士学位论文全文数据库 前4条
1 何红;单螺杆挤出的亚宏观熔融理论及可视化研究[D];北京化工大学;2000年
2 刘廷华;双螺杆挤出可视化实验研究与非充满固体输送及熔融理论研究[D];北京化工大学;1995年
3 郭奕崇;双螺杆挤出熔融理论的可视化研究[D];北京化工大学;1997年
4 任冬云;双螺杆挤出的非充满熔融理论的研究[D];北京化工大学;1997年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 傅强,黄锐,张雄伟;高压微区流动与聚乙烯伸直链晶体束状成核模型[J];中国科学E辑;1996年05期
2 吴培熙;聚酰胺共混改性的新进展[J];塑料科技;1996年04期
3 梁溥森,马德尧,梁佩琼;漫反射性农用薄膜的研究[J];中国塑料;1989年03期
4 凌伟,刘英俊,王泽生;高填充、高性能PE薄膜专用填充母料的研制[J];中国塑料;1995年01期
5 李萍;挤塑过程熔体流动的数值模拟[J];合成树脂及塑料;1996年01期
6 强士中,李小珍,王孝国;解变系数偏微分方程的任意差分精细积分法[J];计算力学学报;1997年03期
7 秦永法;塑料挤出机头流道的数值分析[J];模具工业;1998年07期
8 王晓枫,朱元吉;塑料异型材挤出定型模冷却系统分析[J];塑料科技;1995年04期
9 王晓枫,朱元吉;挤塑模头中料流停留时间计算[J];塑料;1996年04期
10 罗中华,梅亚夫,彭炎荣,吴宪平;假塑性塑料熔体在鱼尾形流道中流动公式的推导[J];塑性工程学报;1998年01期
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1 姚义;关于多级注射成型的工艺控制[J];塑料科技;1988年03期
2 叶春葆;新的模型和螺杆喷珠清理机[J];橡胶技术与装备;1996年05期
3 姚琳;来自巴滕费尔德的新型锥形螺杆[J];橡塑技术与装备;2002年06期
4 许永豪;日本三菱2500MM Ⅲ注塑机的螺杆料筒设计[J];塑料包装;2003年03期
5 胡运彪,陈鹏飞,蒋兆成;螺杆压缩机疑难故障分析和对策[J];宁夏石油化工;2005年03期
6 王鹏;罗飞;曹建忠;蔡文远;;全电动注塑机两种射胶系统的分析[J];工程塑料应用;2006年01期
7 朱计;类彦威;文耀锋;张杰;刘廷华;;螺杆机筒表面处理的新方法及其工艺分析[J];橡塑技术与装备;2007年08期
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9 庞宏伟;李力峰;吴威;张丽;;HDPE装置大型挤压机螺杆花键轴的修复[J];炼油与化工;2011年03期
10 柳和生,吕柏源;论温度对单螺杆熔体挤出机的螺棱间隙中流动及其润滑作用的影响[J];机械;1995年03期
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1 陈宛平;赵宇;肖田元;;改性水泥在国家大剧院混凝土环梁螺杆锚固灌浆中的应用[A];2004水利水电地基与基础工程技术——中国水利学会地基与基础工程专业委员会2004年学术会议论文集[C];2004年
2 杜锡钦;;螺杆冰球之储冰系统[A];第三届海峡两岸制冷空调学术技术交流会暨冰蓄冷技术研讨会论文专辑[C];1997年
3 范彦斌;沈白林;沈庆云;;基于测量的单螺杆空气压缩机螺杆零件的设计方法[A];新世纪 新机遇 新挑战——知识创新和高新技术产业发展(下册)[C];2001年
4 韩淑莉;;双螺杆果品榨汁机螺杆旋转方式的确定[A];中国机械工程学会包装与食品工程分会第五届学术年会论文集[C];1998年
5 张浩;张步俊;;螺杆冷冻机双级压缩制冷工艺首次在深立井表土层冻结工程中成功应用[A];全国矿山建设学术会议论文选集(下册)[C];2004年
6 张德美;叶建平;;CA50003FA1调节螺杆断裂分析[A];2007年全国失效分析学术会议论文集[C];2007年
7 杨枫;;食品加工中双螺杆设备设计的几点体会[A];中国机械工程学会包装与食品工程分会第五届学术年会论文集[C];1998年
8 柳和生;;螺杆挤塑机轴承间隙内温度分布[A];第五届全国摩擦学学术会议论文集(下册)[C];1992年
9 武文斌;任保臣;;膨化机螺杆等离子弧表面淬火处理技术的研究[A];2007年中国机械工程学会年会之第12届全国特种加工学术会议论文集[C];2007年
10 武文斌;任保臣;;膨化机螺杆等离子弧表面淬火处理技术的研究[A];2007年中国机械工程学会年会论文集[C];2007年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 记者 王繁泓;国产高效螺杆制冷压缩机达国际先进水平[N];中国化工报;2005年
2 贾雨 记者 付雪;螺杆有了“身份证”[N];大庆日报;2010年
3 本报记者 沈良中 县报道组 朱瑞彪 通讯员 古德;弹丸小岛创出螺杆大业[N];浙江日报;2001年
4 记者 张胜波 实习生 曾智 通讯员 孙宏志 陈臣;华工新技术将终结塑料污染?[N];南方日报;2010年
5 本报记者 刘菁 陈春园;螺杆膨胀发电新技术前景无限亟待扶持[N];经济参考报;2009年
6 ;注塑机塑化螺杆[N];中国包装报;2004年
7 熊志军;直联式手电动螺杆启闭机[N];中国水利报;2005年
8 记者 张雪南 通讯员 吴雄飞 沈晓明;海盐螺杆,飘洋过海拓市场[N];浙江日报;2000年
9 天津港煤码头公司总经理 史文利;我们需要这样的“蓝领专家”[N];经济日报;2007年
10 新余市委书记 汪德和 新余市长 李安泽;推广螺杆膨胀发电机技术 抢占低碳经济发展制高点[N];科技日报;2009年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 邢应生;螺杆冷却时单螺杆挤出过程熔融机理及相变行为的可视化研究[D];北京化工大学;2004年
2 景妮洁;加压流化床气化条件下灰熔融特性研究[D];浙江大学;2013年
3 许忠斌;精密注塑与微孔注塑机理及技术研究[D];华南理工大学;2003年
4 郭涛;幽门螺杆菌及其相关细胞因子对胃上皮细胞增殖/凋亡和离体壁细胞酸分泌的调节及机制初探[D];中国协和医科大学;2004年
5 唐跃;橡胶冷喂料挤出过程研究及其在旋转注射中的应用[D];北京化工大学;1999年
6 李晓林;单螺杆精密挤出机理的研究[D];北京化工大学;2003年
7 吴莉莉;阴离子聚合反应挤出工艺过程的数值模拟[D];山东大学;2007年
8 马秀清;双螺杆挤出过程轴向循环流理论分析及实验研究[D];北京化工大学;2001年
9 张国芳;自由基反应挤出过程的数值模拟与优化设计[D];山东大学;2009年
10 张敏革;超高分子量HPAM溶液流变行为与双螺带螺杆桨搅拌流场研究[D];天津大学;2009年
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1 赵伟成;应用微软解决方案框架(MSF)研究开发橡胶挤出机螺杆参数化设计的CAD软件系统[D];北京化工大学;2003年
2 曹盛和;橡胶挤出机螺杆构型及自动化生成系统研究[D];北京化工大学;2004年
3 陈志俭;高效新型PVC注塑螺杆开发及其性能研究[D];四川大学;2004年
4 张强;基于PMAC的开放型螺杆磨床数控系统的研制[D];扬州大学;2003年
5 张谦;基于遗传算法的注塑机螺杆优化设计[D];浙江大学;2004年
6 章尽莹;内旋包络式数控螺杆铣床的研制[D];扬州大学;2004年
7 王宏立;螺杆挤压膨化全脂大豆的试验研究[D];沈阳农业大学;2004年
8 戴晓静;注塑机塑化理论的研究及其应用[D];浙江大学;2004年
9 贾平平;螺旋复杂曲面数控抛光技术的研究[D];沈阳工业大学;2008年
10 李宁;螺杆泵转子拉伸成型的技术探索[D];武汉科技大学;2010年
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