周新慧[1]2007年在《啮合同向双螺杆构型对共混体系混合效果影响的研究》文中提出在啮合同向双螺杆挤出机对高聚物共混改性的加工过程中，螺杆构型是影响混合效果的一个重要因素。本文采用专业CFD(Computational Fluid Dynamics)软件POLYFLOW，对啮合同向双螺杆挤出过程中，导程为20mm的常规螺纹元件、错列角为60°的捏合盘元件、错列角为90°的捏合盘元件、错列角为120°的捏合盘元件、S型元件、齿形盘元件、六棱柱元件及非啮合多过程元件下的叁维等温非牛顿流场进行了模拟计算，通过计算得到了各流场下的剪切应力场、停留时间分布及回流量，由此分析比较了各种螺杆元件的混合性能，结果表明：错列角为120°的捏合盘元件剪切作用最大，分散混合能力最强，而另外两种捏合盘元件和小导程常规螺纹元件也具有较好的分散混合能力。对于分布混合能力，由于物料在流经错列角为120°的捏合盘元件时回流量最大，在流经六棱柱元件时停留时间分布曲线拐点间的距离最大，因此这两种元件的分布混合能力很强。其它新型元件也具有较好的分布混合能力。对于模拟结果的正确性，本文通过实验进行了验证，同时对不同螺杆构型对两相不相容体系共混物混合效果的影响进行了深入研究。实验所研究的螺杆元件除模拟中用到的之外，还增加了错列角为30°、150°的捏合盘元件以及斜齿齿形盘元件。将所研究的这些螺杆元件分别置于双螺杆挤出机中的熔融段和熔体输送段，对实验结果进行了分析比较，结果表明：捏合盘元件具有较强的分散混合能力，更适于放置在双螺杆挤出机中的熔融段。S型元件具有较好的分布混合能力，同时由于其结构特点所引起的拉伸流动，增强了其分散混合能力，亦适于放置在熔融段。六棱柱元件、齿形盘元件、非啮合多过程元件具有较强的分布混合能力，置于熔体输送段将有利于得到分布均匀的制品。
高健[2]2012年在《同向双螺杆柔和剪切元件的混合性能研究》文中认为在加工热敏性或剪敏性聚合物物料时,需要控制物料的剪切应力,本文利用CFD软件Polyflow对五种柔和剪切螺杆构型的流场进行了模拟,得到了压力场、加权平均剪切应力、加权平均剪切速率等。分析结果表明：变间隙转子和六棱柱元件螺杆构型的加权平均剪切应力最小,错列角为1500捏合盘和非捏合盘螺杆构型最大,其他叁种柔和剪切螺杆构型按加权平均剪切应力从小到大的顺序排列依次为：S型元件和六棱柱元件螺杆构型、错列角为900捏合盘和非捏合盘螺杆构型、错列角为300捏合盘和非捏合盘螺杆构型;五种柔和剪切螺杆构型按加权平均剪切速率从小到大的顺序排列依次为：变间隙转子和六棱柱元件螺杆构型、S型元件和六棱柱元件螺杆构型、错列角为900捏合盘和非捏合盘螺杆构型、错列角为300捏合盘和非捏合盘螺杆构型、错列角为1500捏合盘和非捏合盘螺杆构型；错列角为30°捏合盘和非捏合盘螺杆构型的出入口压差最小,错列角为1500捏合盘和非捏合盘螺杆构型的出入口压差最大。五种柔和剪切螺杆构型的加权平均剪切应力均比常规螺纹元件小。故五种柔和剪切螺杆构型均适用于在需柔和剪切的加工过程中使用。本文通过实验对五种柔和剪切螺杆构型的混合性能进行了研究,实验结果表明：五种柔和剪切螺杆构型挤出试样的数均粒径均比常规螺纹元件要大,说明五种柔和剪切螺杆构型的剪切应力比常规螺纹元件要小。模拟结果与实验结果基本吻合。
黄凤春[3]2011年在《同向双螺杆强分散混合元件与拉伸元件设计及混合性能研究》文中指出在聚合物加工过程中,物料之间存在两种主要的混合形式,即,分布混合和分散混合。本文根据分散混合理论和同向双螺杆啮合原理,设计了两种强分散混合元件和两种拉伸元件。本文采用计算流体力学软件(POLYFLOW)对新型螺杆元件的流场进行了模拟分析。通过对强分散混合元件的模拟分析,得到了压力场、加权平均剪切应力以及累积最大拉伸速率分布；通过对拉伸元件的模拟分析,得到了压力场和累积最大拉伸速率分布。结果表明：对于强分散混合元件来说,六头锯齿型元件混合性能最好,类捏合盘元件则是随着错列角增加,错列角从30°到90°,其混合性能逐渐减弱,错列角从90°到150°,其混合性能逐渐增强；对于拉伸元件来说,四头非啮合拉伸元件拉伸效果最好,由五个锥体组合成的锥形拉伸元件具有更强的拉伸性能。本文通过实验对强分散混合元件与拉伸元件的混合性能进行了研究,实验结果表明：锯齿型元件的混合性能优于常规螺纹元件与捏合盘元件(错列角为150°的捏合块除外),类捏合盘元件叁种错列角螺杆构型的混合性能均优于捏合盘元件对应叁种错列角螺杆构型的混合性能。锯齿型元件与类捏合盘元件挤出试样分散相粒径的均一性比捏合盘元件与常规螺纹元件要好；非啮合拉伸元件和锥型拉伸元件均比S型元件的混合性能优异。模拟结果与实验结果基本吻合。
操彬[4]2007年在《啮合同向双螺杆构型对接枝反应挤出过程影响的研究》文中提出双螺杆挤出机作为连续反应器被广泛地应用于反应挤出。本课题通过改变置换段的螺杆元件(包括常规螺纹元件、错列角分别为30°和150°的捏合块元件、S型元件、齿形盘元件、NI-MPE)，采用数值模拟分析和实验研究相结合的方法，对啮合同向双螺杆熔融接枝反应挤出过程进行了研究，以便为双螺杆反应挤出螺杆构型的优选提供一定的理论依据。本课题利用专业软件POLYFLOW对六种螺杆构型下的置换段进行了流场模拟计算，并对模拟结果进行了比较，分析了各种螺杆元件的混合性能；通过充满度实验、停留时间分布实验和不相容体系共混实验进一步研究了置换段螺杆元件的混合性能，同时验证了模拟结果的准确性；通过MAH熔融接枝LDPE的实验研究了螺杆构型对于反应挤出过程的影响。数值模拟结果表明：错列角为150°的捏合块元件(KB150/120)的分散混合能力和轴向分布混合能力均最高，新型螺杆元件(S型元件、齿形盘元件、NI-MPE)具有较高的轴向分布混合能力，常规螺纹元件(SE30/120)的分散和分布混合性能均最差。实验结果表明：啮合同向双螺杆挤出机用于MAH熔融接枝LDPE的反应挤出时，其螺杆构型对接枝反应挤出过程有着很大的影响，尤其是各种螺杆元件的混合性能(包括分布混合性能和分散混合性能)和充满度对接枝反应过程有着显着的影响，兼有高分布混合能力和分散混合能力及高充满度的螺杆元件所对应的螺杆构型能够提供较高的样品接枝率。其中错列角为150°的捏合块元件所对应的螺杆构型下得到的样品接枝率最大，新型螺杆元件能够有效地提高置换段样品接枝率。实验所得的各螺杆元件的混合性能与数值模拟结果一致，说明本文所用的数值模拟分析方法可以用于选择熔融接枝反应挤出所需的螺杆构型组合及新型螺杆元件的设计与分析。
梁文虎[5]2012年在《螺杆构型对聚苯醚（PPO）/尼龙66（PA66）合金影响的研究》文中认为工程塑料合金由于其良好的综合性能而被广泛应用于汽车、电子、化工等行业。本课题采用啮合同向双螺杆挤出机,通过熔融共混反应挤出的方法制备PPO/PA66合金,研究了配方和螺杆构型两大要素对合金性能的影响。此外,还对比分析了啮合同向双螺杆挤出机、啮合异向双螺杆挤出机和往复式单螺杆挤出机叁种连续混炼设备对PPO/PA66合金性能的影响。合金配方实验分别研究了基体组成、相容剂、增韧剂对PPO/PA66合金性能的影响。实验结果表明：四官能团环氧TGDDM可以作为PPO/PA66合金的有效反应型增容剂,红外表征发现反应产物中有增容作用的PA66-co-TGDDM-co-PPO生成；当基体PPO和PA66含量相等,增容剂TGDDM为0.5份,增韧剂SEBS-g-MA为15份时,合金各方面性能都较好,其中拉伸强度57.21MPa、弯曲强度74.06MPa、缺口冲击强度10.45KJ·m-2、吸水率0.44%、热变形温度172.0℃。不同混合设备的对比实验发现：除啮合同向双螺杆挤出机外,啮合异向双螺杆挤出机也可用于PPO/PA66合金的制备,但往复式单螺杆挤出机却不适于该合金的制备。螺杆构型实验主要研究了在熔融段和熔体混合段引入新型元件对合金性能的影响。研究发现：熔融段布置S+KB元件要比KB+S元件能够更好地实现PPO和PA66的同步熔融,从而更有利于所制备的PPO/PA66合金性能提高；熔体混合段通过数值模拟和实验研究的方法发现分布和分散混合能力都较好的KB+SME比KB+TME所制得的合金性能要好；新型元件在满足挤出螺杆构型设计的情况下,尽可能的分散布置在整根螺杆更有利于合金性能的提高。
胥伟伟[6]2009年在《螺杆构型对聚丙烯（PP）/尼龙（PA6）共混体系影响的研究》文中研究指明影响PP/PA6共混体系性能的主要因素有配方、相容剂、操作条件、混合设备等,而混合设备中螺杆构型是影响共混体系性能的关键因素。本文采用专业CFD(Computational Fluid Dynamics)软件POLYFLOW,对啮合同向双螺杆挤出过程中,KB+S(捏合块元件+S型元件)和S+KB(S型元件+捏合块元件)两种螺杆构型下的叁维等温非牛顿流场进行了模拟计算,通过计算得到了各流场下的速度场、压力场、剪切应力场、回流量及停留时间分布,由此分析比较了两种螺杆构型的混合性能,结果表明:KB+S螺杆构型回流量较大,停留时间分布较宽,因此这种螺杆构型具有较强的轴向混合能力;同时其剪切应力较大,具有良好的分散混合能力,并通过实验验证了这一结果。本文采用正交实验设计研究了PP/PA6/PP-g-MAH的配比对共混物性能的影响,结果表明相容剂对共混物的力学性能影响最大,其次为PA6。研究了加工温度和主机螺杆转速对共混物力学性能的影响,结果表明共混物的拉伸强度和弯曲强度随着加工温度的升高而降低,随着螺杆转速的升高而增加;冲击强度随加工温度的升高有上升的趋势,随着螺杆转速的升高变化不大。在螺杆的熔融段设置了剪切型元件(KB)和拉伸型元件(S),在熔体输送段设置了齿形盘(TME)、六棱柱(FTX)和非啮合多过程(NI-MPE)元件,研究了六种不同的螺杆构型对共混物性能和形态结构的影响,结果表明:在熔融段设置捏合块元件(KB),在熔体输送段设置六棱柱元件(FTX),可以得到抗冲击性能和加工流动性能都较好的聚合物合金材料。
陈琼[7]2013年在《啮合同向双螺杆挤机挤出过程能耗的研究》文中进行了进一步梳理双螺杆挤出机在聚合物加工中占有重要的地位,其能耗的研究值得我们去关注。本课题对啮合同向双螺杆挤出机的固体输送段、熔融段、熔体输送段分别进行实验研究,其中固体输送段采用叁种常规螺纹元件,熔融段主要采用五组不同组合的捏合块元件,熔体输送段主要采用叁种新型螺杆元件。同时也通过实验研究PP/EPDM共混物中EPDM含量不同挤出机能耗的变化情况。本课题还利用POLYFLOW软件,对熔体输送段中叁种螺杆构型进行流场模拟分析。实验结果表明：在固体输送段挤出机能耗会随着螺纹元件导程的增大而减小；熔融段捏合块的组合不同挤出机能耗不同；在熔体输送段,主机螺杆转速对主机功率的影响小于加料量对主机功率的影响,螺杆元件的功能不同挤出机能耗不同；通过实验得出挤出机各段能耗分配,其中熔融段能耗最大；在保证混合效果的前提下,可以通过选用合理的螺杆构型来降低挤出机能耗。在配方的实验研究中,得出共混物中EPDM含量为20%时挤出机能耗最低。通过能耗方程的拟合,得出自变量主机螺杆转速和加料量两因素之间无交互作用,与目标函数挤出机能耗呈线性关系。在螺杆构型充满度与挤出机能耗关系的研究中,得出随着捏合块错列角的增大,螺杆构型充满度增大,从而使得挤出机能耗增大。模拟结果表明：分布混合能力由强到弱依次是S型元件、六棱柱元件、齿形盘元件；分散混合能力由强到弱依次是齿形盘元件、六棱柱元件、S型元件；剪切应力越大,挤出机能耗越大；出入口压差越大,挤出机能耗越大；回流量较大的构型,挤出机能耗较小。
葛明杰[8]2017年在《双螺杆构型对HDPE/EG复合材料阻燃性能影响的研究》文中研究表明高密度聚乙烯(HDPE)作为一种通用塑料被广泛用于城市给水、排水管、电线电缆包覆材料和燃气输送管道等领域,然而由于HDPE容易燃烧,所以使用前必须对其进行阻燃改性。本课题选用新型无卤膨胀阻燃剂可膨胀石墨(EG)作为HDPE基体的阻燃剂,以啮合同向双螺杆挤出机作为改性设备,通过数值模拟方法在理论上分析了不同螺杆构型的混合性能;通过实验方法研究了配方和双螺杆构型对HDPE/EG复合体系力学性能及阻燃性能的影响,进而建立了双螺杆构型与阻燃复合材料阻燃性能之间的关系。理论分析方面,本文通过POLYFLOW软件对常规螺纹元件(SE)、捏合盘元件(KB)、齿形盘元件(TME)、S型元件(S)、TME+KB、TME+FTX(六棱柱元件)、TME+KB+TME+KB 和 TME+FTX+TME 八种螺杆构型对应的叁维等温非牛顿流场分别进行了数值模拟计算,并比较分析了不同螺杆构型下的压力场、剪切应力场、回流量、累积停留时间分布以及混合指数,结果表明:SE元件(小导程)和S元件对应的螺杆构型具有较好的分散混合性能,但分布混合性能较差;螺杆构型KB的分散混合能力和分布混合能力均较好,螺杆构型TME和TME+KB+TME+KB的分布混合性能较好。配方实验研究了 EG表面改性、EG的含量以及粒径对HDPE/EG复合体系性能的影响,结果表明:EG经偶联剂表面改性后,HDPE/EG复合体系的力学性能及阻燃性能均有所提高,本文选用的两种偶联剂中硅烷偶联剂(KH-550)效果优于钛酸酯偶联剂(NDZ-201);随EG占比的增大,复合体系力学性能降低,阻燃性能提高,当EG添加量为25wt%时,复合体系阻燃效果最佳,同时其力学性能亦能满足使用要求;随EG粒径的增大,HDPE/EG复合体系力学性能下降,阻燃性能提高,当EG粒径为50目时,复合体系阻燃性能最优,同时其力学性能也可以满足使用要求。螺杆构型实验研究了熔体输送段八种不同螺杆构型(SE、KB、TME、S、TME+KB、TME+FTX、TME+KB+TME+KB、TME+FTX+TME)对HDPE/EG复合体系综合力学性能、阻燃性能和微观形貌的影响,并对比分析了数值模拟结果与实验结果,结果表明:(1)KB元件分布混合和分散混合性能均较好;TME元件的分布混合性能较好,分散混合性能较差;SE元件和S元件的分散混合性能较好,分布混合性能较差。(2)物料经历分布元件与分散元件组合的历程相比经历分布元件与分布元件组合的历程更有利于其综合力学性能的提高。(3)TME元件以及其与KB交错布置的螺杆构比较适于制备HDPE/EG复合阻燃体系。(4)混合元件交错布置的方式较其集中布置更有利于复合体系综合力学性能及阻燃性能的提高。(5)分散混合性能和分布混合性能均比较优异的螺杆构型制得的复合体系综合力学性能最优;对物料分布混合作用较强,分散混合作用较弱的螺杆构型比较适于制备HDPE/EG复合阻燃体系,剪切作用及拉伸作用较强的螺杆构型不适于制备HDPE/EG复合阻燃体系。(6)实验结果与数值模拟结果基本吻合。
梁畅[9]2003年在《啮合同向双螺杆挤出过程S型元件螺杆构型的研究》文中进行了进一步梳理S 型元件是用于啮合同向双螺杆挤出机的一种新型混炼元件,其独特的几何设计使其具有优异的熔融和混合性能,并适合在高螺杆转速下应用。本文是 S 型元件特性研究的延续部分,采用 ANSYS 有限元分析软件对全充满状态下的包含 S 型元件的熔体输送段进行了叁维等温非牛顿的模拟计算。首先得到流场的速度场、压力场和粘度场,而后通过编制的后处理程序计算了表征挤出特性和混合特性的流量、回流量、回流系数、剪切速率和剪切应力以及定性表征流场温升的粘性耗散功等。通过对 S 型元件与常规螺纹元件在高转速下的流场模拟对比可以看到:S 型元件各场量的平均值都随着螺杆转速的提高而呈现出线性或准线性的增长规律,所以其高速下的流场性质可以看作是低、中转速的延伸;而常规螺纹元件在高速下则容易产生过高的温升,并且熔融塑化质量降低。通过对 S 型元件与构型相似的捏合块元件的流场计算对比可以看到:在相同的操作条件下,两种流场的分散混合能力相当,S 型元件的分布混合能力比捏合块元件更好,在避免局部高剪切、局部高耗散和局部高温升方面,S 型元件比捏合块元件也更为优越。对于 S 型元件不同螺杆构型下的流场特性分析表明:正反向输送部分的比例对分散混合能力影响较小,正反向输送部分交接处的 V 形高压区对于流场的周向分布混合有着至关重要的作用,所以 V 形高压区面积最大的构型周向分布混合效果最佳。通过一系列的如停留时间分布测定实验和在线取样等实验验证了流场分析的结论,说明模型建立是正确的,有限元计算的方法是可行的,结果是可靠的。
周炳斌[10]2011年在《啮合同向双螺杆强分布混合元件和压力控制元件的设计及性能研究》文中指出同向双螺杆挤出机广泛应用于聚合物的改性和加工。本文根据混合理论和同向双螺杆啮合原理,设计了两种强分布混合元件(开槽型分流元件和销钉型分流元件)以及一种压力控制元件,并利用POLYFLOW对所设计的螺杆元件进行了数值模拟,最后进行了相关实验研究。对于开槽型分流元件,利用正交设计方法,以回流系数为评价指标,选择了一种主体为双头反向螺纹元件,其中一条螺棱上开有“U”形沟槽结构的元件作为最优方案,并将它与反向捏合块进行了混合性能的对比分析,结果表明它的分布混合性能较好。销钉型分流元件的模拟结果表明,销钉的数量对回流系数影响不大,但对停留时间分布和平均累积应力的影响较为明显,最终选择停留时间分布最宽,平均累积应变最大,销钉数量最多的元件。压力控制元件是由上游的正向单头螺纹元件和下游的反向双头螺纹元件及中间过渡段组合而成,并对在下游的反向螺棱上开设不同数量沟槽的压力控制元件进行了模拟分析与比较,最后确定了满足单位压力降大于2MPa且输送阻力较小的方案。通过对不同螺杆构型混合特性的实验研究以及与数值模拟结果的对比表明,在分流类混合元件的下游加反向螺纹元件能够提高回流系数和分布混合性能,并且回流系数越大,试样的不均一系数越小,即分布混合能力越强。根据开槽型分流元件和销钉型分流元件的回流系数预测了对应试样的不均一系数。通过对反向螺纹元件和反向捏合块两端压力的实验研究及与模拟结果的比较,表明两者趋势吻合,同时根据实验结果预测了压力控制元件的单位压力降。
参考文献：
[1]. 啮合同向双螺杆构型对共混体系混合效果影响的研究[D]. 周新慧. 北京化工大学. 2007
[2]. 同向双螺杆柔和剪切元件的混合性能研究[D]. 高健. 北京化工大学. 2012
[3]. 同向双螺杆强分散混合元件与拉伸元件设计及混合性能研究[D]. 黄凤春. 北京化工大学. 2011
[4]. 啮合同向双螺杆构型对接枝反应挤出过程影响的研究[D]. 操彬. 北京化工大学. 2007
[5]. 螺杆构型对聚苯醚（PPO）/尼龙66（PA66）合金影响的研究[D]. 梁文虎. 北京化工大学. 2012
[6]. 螺杆构型对聚丙烯（PP）/尼龙（PA6）共混体系影响的研究[D]. 胥伟伟. 北京化工大学. 2009
[7]. 啮合同向双螺杆挤机挤出过程能耗的研究[D]. 陈琼. 北京化工大学. 2013
[8]. 双螺杆构型对HDPE/EG复合材料阻燃性能影响的研究[D]. 葛明杰. 北京化工大学. 2017
[9]. 啮合同向双螺杆挤出过程S型元件螺杆构型的研究[D]. 梁畅. 北京化工大学. 2003
[10]. 啮合同向双螺杆强分布混合元件和压力控制元件的设计及性能研究[D]. 周炳斌. 北京化工大学. 2011
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