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串联式磨盘螺杆挤出机机理化性能的研究

杨静  
【摘要】:串联式磨盘螺杆挤出机以其独特的混炼性能越来越多地应用于聚合物混炼加工领域中。本文从串联式磨盘螺杆挤出机机理的研究、系列化样机的研制和应用领域的开拓三个方面展开工作,以新型串联式磨盘螺杆挤出机的研制开发为主线,对串联式磨盘螺杆挤出机的设计机理、混炼机理、熔体在磨盘内三维动态流动的数值模拟、磨盘混炼性能量化分析、高聚物在串联式磨盘螺杆挤出机中的力化学反应性能和样机的性能测试以及应用领域等方面进行了探索和研究。 运用系统工程设计原理,全面剖析了串联式磨盘螺杆挤出机的输送、熔融、混炼、脱挥以及计量等功能,提出了串联式磨盘螺杆挤出机的总体设计方法,在自行开发研制成功了国内独有的具有超强的破碎、分散、混炼和塑化性能的CPJ75/135Ⅱ串联式磨盘螺杆挤出机的基础上,进行了该类机型系列化开发研制和新的应用领域的开拓。 研究了串联式磨盘螺杆挤出机的熔融、混合和流动机理,采用三维有限元数值方法对串联式磨盘螺杆挤出机的三种典型磨盘元件内物料的流动及混合状态进行了数值模拟,求解出速度场、压力场和粘度场分布,并引入网格叠加技术解决了复杂形状的磨盘表面旋转运动边界确定的难题。 基于速度场求解得到了示踪粒子从入口到出口的运动轨迹,运用统计学和流体动力学相结合的分析方法,从分布混合、分散混合和轴向混合三个方面研究串联式磨盘螺杆挤出机的混合性能,分别采用分离尺度和时间平均瞬态效率两个参数表征分布混合性能,应用混合指数表征分散混合性能,运用停留时间分布表征轴向混合性能,在此基础上探讨了磨盘几何构型、磨盘间隙和工艺条件对混合性能的影响。 基于串联式磨盘螺杆挤出机具有超强的剪切特性,对高聚物在挤出加工过程中的力化学性能进行了探索性的研究,并通过硫化橡胶的挤出脱硫实验进行了验证。 通过实验研究了串联式磨盘螺杆挤出机的挤出性能,混合性能及其应用领域。实验表明:磨盘构型、对数、定动磨盘之间的间隙、动磨盘的转速对产量、功率、单耗具有显著影响;磨盘转速的提高及磨盘间隙的减小,有利于混合性能的提高。 本研究取得的阶段性成果不仅可为我国进行该机型的系列化开发和推广应用提供理论依据,而且为混炼理论技术和装备的深入研究提供了新的平台,然而由于条件和时间的限制,串联式磨盘螺杆挤出机的应用领域还有待于进一步开发研究。


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