同向双螺杆挤出机固体输送段的影响因素研究

论文摘要

啮合同向双螺杆挤出机由于其较为优异的输送能力、自洁作用和混炼性能,在聚合物加工过程中起到越来越重要的作用,而目前对双螺杆挤出过程的研究大多集中在熔融段和熔体输送段,对固体输送段的研究较少,尤其是加工过程中输送量和功耗的影响因素研究,缺乏较为实用的固体输送方程。本文通过响应曲面实验设计,选择粒料、粉料、长纤维填充物料和无机粉体高填充物料等四种典型物料进行固体输送实验,选择固体输送量和主机功率消耗为目标函数,选择操作参数、螺纹元件结构参数、物料参数等作为影响因素,进行实验研究和结果分析,得到了每种物料在不同工况下的固体输送方程和功耗方程,分析各个因素对目标函数的影响大小和各因素之间的交互影响。运用数学建模方法,基于实验对四种物料所建立的Φ34单导程构型固体输送方程和变导程构型固体输送方程,均具有高度的准确性,能够很好的预测实际固体输送量和功耗,各方程的预测准确性均达到90%以上,部分方程预测准确性可达95%以上。研究结果表明,在粒料的单导程构型固体输送当中,影响功耗和输送能力的最主要因素是螺旋升角和物料粒径的大小。在固体输送段使用变导程构型,大多数工况都产生了固相堵塞,所以对于粒料的输送,不宜采取变导程构型。对于粉料的固体输送,无论是使用单导程构型还是变导程构型,主机转速对输送量的作用最为明显。在单导程构型粉体物料输送中,螺旋升角对功耗影响最大,在变导程构型输送中,主机转速对功耗影响最大。在同样的工况下,单导程构型的输送能力更强,且功耗更小。填充长纤维的物料其输送具有自身的特点,单导程输送中,螺旋升角对功耗的影响最大,而螺杆填充率对输送量的影响最大；使用变导程构型输送,主机转速对螺杆的功耗和输送量影响最大。在同样的工况下,变导程构型的输送能力更强,功耗更大。在单导程构型输送无机粉体高填充物料过程中,主机转速对功耗的影响最大,螺杆填充率对输送量的影响最大；在变导程构型输送时,主机转速对功耗和输送量的影响均为最大。在同样工况下,变导程构型的输送能力更强,功耗更大。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 挤出机固体输送理论的研究进展
• 1.1.1 单螺杆挤出机固体输送理论研究进展
• 1.1.2 双螺杆挤出机固体输送理论研究进展
• 1.2 响应曲面法在塑料成型中的应用
• 1.2.1 响应曲面法简介
• 1.2.2 响应曲面法在塑料成型过程中的应用
• 1.3 本课题的研究目的、意义和主要内容
• 1.3.1 本课题的目的和意义
• 1.3.2 本文的主要内容
• 第二章 元件设计
• 第三章 实验研究
• 3.1 实验原料
• 3.2 实验设备
• 3.3 固体输送段的螺纹元件及组合
• 3.3.1 单导程构型
• 3.3.2 变导程构型
• 3.4 实验方案
• 3.5 固体输送现象
• 3.5.1 固体输送区划分
• 3.5.2 粒料固体输送现象
• 3.5.3 粉料固体输送现象
• 第四章 粒料固体输送的影响因素研究
• 4.1 单导程构型固体输送量及功耗的影响因素研究
• 4.1.1 响应曲面实验设计
• 4.1.2 实验结果分析
• 4.1.3 方程的验证与应用
• 4.1.4 固体输送量方程和功率方程的协调和优化
• 4.1.5 结论
• 4.2 变导程构型输送粒料产生固相堵塞现象
• 4.3 本章小结
• 第五章 粉料固体输送的影响因素研究
• 5.1 单导程构型固体输送量及功耗的影响因素研究
• 5.1.1 响应曲面实验设计
• 5.1.2 实验结果分析
• 5.1.3 方程的验证与应用
• 5.1.4 固体输送量方程和功率方程的协调和优化
• 5.1.5 结论
• 5.2 变导程构型固体输送量及功耗的影响因素研究
• 5.2.1 响应曲面实验设计
• 5.2.2 实验结果分析
• 5.2.3 方程的验证与应用
• 5.2.4 固体输送量方程和功率方程的协调和优化
• 5.2.5 结论
• 5.3 单导程构型和变导程构型的对比
• 5.4 本章小结
• 第六章 长纤维填充物料固体输送的影响因素研究
• 6.1 单导程构型固体输送量及功耗的影响因素研究
• 6.1.1 响应曲面实验设计
• 6.1.2 实验结果分析
• 6.1.3 方程的验证与应用
• 6.1.4 固体输送量方程和功率方程的协调和优化
• 6.1.5 结论
• 6.2 变导程构型固体输送量及功耗的影响因素研究
• 6.2.1 响应曲面实验设计
• 6.2.2 实验结果分析
• 6.2.3 方程的验证与应用
• 6.2.4 固体输送量方程和功率方程的协调和优化
• 6.2.5 结论
• 6.3 单导程构型和变导程构型的对比
• 6.4 本章小结
• 第七章 无机粉体高填充物料固体输送的影响因素研究
• 7.1 单导程构型固体输送量及功耗的影响因素研究
• 7.1.1 响应曲面实验设计
• 7.1.2 实验结果分析
• 7.1.3 方程的验证与应用
• 7.1.4 固体输送量方程和功率方程的协调和优化
• 7.1.5 结论
• 7.2 变导程构型固体输送量及功耗的影响因素研究
• 7.2.1 响应曲面实验设计
• 7.2.2 实验结果分析
• 7.2.3 方程的验证与应用
• 7.2.4 固体输送量方程和功率方程的协调和优化
• 7.2.5 结论
• 7.3 单导程构型和变导程构型的对比
• 7.4 本章小结
• 第八章 结论
• 8.1 课题研究的主要结论
• 8.2 课题的创新点和主要贡献
• 8.3 课题有待于进一步研究的问题
• 参考文献
• 致谢
• 研究成果及发表的学术论文
• 作者及导师简介
• 附件