叶片挤出机固体物料的压实过程及机理研究

论文摘要

挤出成型是聚合物成型加工的重要方法之一。目前,挤出成型设备普遍采用的是螺杆挤出机,而传统的螺杆挤出机是基于剪切流场的塑化输运设备,其塑化输运方式普遍存在物料所经历的热机械历程长、能耗高、设备结构庞大、对物料依赖性强等缺陷。华南理工大学瞿金平教授最新研制的叶片挤出机,其塑化输运过程主要由拉伸流场支配,可以很好地解决上述问题。叶片挤出机的发明,是聚合物成型加工设备的一大创新,其理论与传统的挤出理论大不相同。本文主要研究叶片挤出机固体物料的压实过程及其机理。基于叶片挤出机的结构及技术特点,建立了两叶片间固体物料的压实模型并得到了解析解,同时对理论模型的一些参数进行模拟计算,得到了这些参数与物料压力之间的关系,然后通过自行设计的可视化固体物料压实实验装置,深入研究固体物料的压实过程。最后,设计不同的实验方案,通过改变温度、偏心距、出料口、不同物料和转速等,分析这些因素对固体物料压实的影响。研究结果表明:理论和实验具有较好的一致性,温度的上升会大大降低固体物料所受的压力;偏心距的上升则会增大固体物料所受到的压力;出料口开设越大,固体物料所建立的压力越小;结晶型物料比非结晶型物料的压缩率要低;低转速下,压力会随着转速的提高而上升,但在高转速下,提高转速时压力变化不明显。本文所提出的叶片挤出机两叶片间固体压实理论模型,以及总结出的叶片结构参数和各工艺参数对压力的影响规律,为掌握基于拉伸流变的聚合物固体输送过程的规律,指导叶片挤出机的设计以及生产实践提供了重要的理论依据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 物理量名称及符号表
• 第一章 绪论
• 1.1 概述
• 1.2 聚合物固体输送理论的现状与发展
• 1.2.1 经典固体输送理论
• 1.2.2 非塞流固体输送理论
• 1.2.3 振动力场作用下固体输送理论
• 1.3 散粒体
• 1.4 本课题的目的和意义
• 1.5 本课题的研究内容
• 1.6 本章小结
• 第二章 叶片挤出机的结构和工作原理
• 2.1 叶片挤出机的组成
• 2.1.1 挤压系统
• 2.1.2 加热冷却系统
• 2.1.3 传动系统
• 2.1.4 控制系统
• 2.2 叶片挤出机的工作原理
• 2.3 叶片挤出机的特点
• 2.4 本章小结
• 第三章 叶片挤出机固体输送段压实过程的研究
• 3.1 建模的基本原理
• 3.2 固体输送段压实过程的运动分析
• 3.3 固体压实四板模型的建立
• 3.3.1 基本假设
• 3.3.2 模型建立
• 3.4 压力分布影响因素的分析
• 3.4.1 模拟计算
• 3.4.2 K 值的讨论
• w 的讨论'>3.4.3 摩擦系数f_w的讨论
• 3.4.4 偏心距ε 的讨论
• 3.4.5 密度的讨论
• 3.5 本章小结
• 第四章 叶片挤出机固体物料压实装置的设计
• 4.1 设计目的
• 4.2 设计要求
• 4.3 实验装置的主要组成
• 4.3.1 固体压实系统
• 4.3.2 传动系统
• 4.3.3 测量系统
• 4.3.4 控制系统
• 4.4 本章小结
• 第五章 叶片挤出机固体输送压实实验
• 5.1 实验目的
• 5.2 实验原料及设备
• 5.3 实验内容
• 5.3.1 松密度的测量
• 5.3.2 实验方案
• 5.3.3 实验数据的处理
• 5.4 结果分析与讨论
• 5.4.1 模型分析
• 5.4.2 温度对压实的影响
• 5.4.3 偏心距对压实的影响
• 5.4.4 出料口对压实的影响
• 5.4.5 物料对压实的影响
• 5.4.6 转速对压实的影响
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果
• 致谢
• 附件