啮合异向双螺杆混合功能区的研究

论文摘要

常规啮合异向双螺杆挤出机由于其正位移输送的工作机理,因而具有挤出产量高、停留时间短、建压能力强等特点,通常用于制品挤出成型,若用于聚合物改性则需增加混合功能区,在常规螺杆上引入混合元件以提高其混合性能、拓展其用途。本研究通过啮合同向和啮合异向双螺杆挤出机中捏合块元件对不相容体系混合效果的实验对比,完成了啮合异向双螺杆挤出机中混合功能区的设计。本文用专业计算流体力学(CFD)软件POLYFLOW,对混合功能区螺杆元件的三维等温非牛顿流场进行了数值模拟,得到了各元件流道的速度场、压力场、剪切应力场等重要场量,通过对这些场量的后处理得到了回流量、压力分布、进出口压差、加权平均剪切应力、停留时间分布以及累积最大剪切速率分布等重要参量并由此分析了各元件的混合特性。结果表明：与常规螺纹元件相比,其他混合元件具有更好的混合性能。本文对混合功能区螺杆元件对不相容体系的混合效果进行了实验研究。通过对在线取样及机头取样的扫描电镜(SEM)照片的分析结果表明：与常规构型相比,增加了混合功能区后的螺杆构型混合性能得到了很大提高。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 概述
• 1.1.1 啮合异向双螺杆挤出机的发展历史及现状
• 1.1.2 啮合异向双螺杆挤出机挤出过程研究
• 1.1.2.1 固体输送
• 1.1.2.2 熔融
• 1.1.2.3 熔体输送
• 1.1.2.4 混合
• 1.2 本课题研究的意义、目标及主要内容
• 1.2.1 本课题的研究的目的和意义
• 1.2.2 本课题研究的主要内容
• 第二章 混合功能区的设计
• 2.1 双螺杆挤出机中螺杆端面的相对运动原理
• 2.2 啮合同向和啮合异向双螺杆挤出机中捏合块元件混合性能的实验研究
• 2.2.1 机筒螺杆组合
• 2.2.2 实验原料
• 2.2.3 实验操作条件
• 2.2.4 试样制备
• 2.2.5 同向跟异向挤出机中实验结果的对比
• 2.2.6 异向挤出机中捏合块元件置于熔融段与熔体输送段时混合效果的对比
• 2.3 混合功能区的设计思路及设计
• 2.4 本章小结
• 第三章 混合功能区螺杆元件混合性能的模拟分析
• 3.1 螺杆元件介绍
• 3.1.1 常规螺纹元件（SE）
• 3.1.2 捏合块元件（KB）
• 3.1.3 S型元件
• 3.1.4 齿形盘元件（TME）
• 3.2 数理模型、有限元模型及边界条件
• 3.2.1 数学模型
• 3.2.1.1 基本假设
• 3.2.1.2 控制方程
• 3.2.2 几何模型
• 3.2.3 有限元模型
• 3.2.4 边界条件
• 3.3 模拟结果分析
• 3.3.1 速度场
• 3.3.2 压力场
• 3.3.3 剪切应力场
• 3.3.4 回流量
• 3.3.5 停留时间分布
• 3.3.6 累积最大剪切速率分布
• 3.4 模拟结果与实验结果的对比
• 3.5 本章小结
• 第四章 混合功能区的实验研究
• 4.1 实验原料及设备
• 4.1.1 实验设备
• 4.1.2 实验原料
• 4.2 实验方案
• 4.2.1 混合功能区的方案设计及元件选择
• 4.2.1.1 方案一
• 4.2.1.2 方案二
• 4.2.1.3 置换段的螺杆元件
• 4.2.2 实验操作条件
• 4.2.3 实验步骤
• 4.3 实验结果及分析
• 4.3.1 捏合块元件
• 4.3.1.1 相同捏合盘厚度不同错列角的捏合块元件
• 4.3.1.2 相同错列角不同捏合盘厚度的捏合块元件
• 4.3.1.3 不同类型的捏合块元件
• 4.3.2 S型元件及VCR元件
• 4.3.3 S型元件置于不同位置
• 4.4 本章小结
• 第五章 结论
• 5.1 本课题研究的主要结论
• 5.2 本课题研究的创新及主要贡献
• 5.3 有待进一步研究的问题
• 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
• 北京化工大学 硕士研究生学位论文答辩委员会决议书