橡胶双螺杆塑炼机连续炼机理及有限元模拟研究

摘要

随着橡塑工业及其它高分子材料加工行业的迅速发展，橡胶加工机械在高分子材料加工业中所占的地位越来越重要。生胶塑炼是现阶段橡胶加工工艺中不可缺少的一环，其目的是使生胶获得合适的可塑度，以满足后续加工过程的需要。 目前橡胶塑炼加工设备主要以开炼机和密炼机为主，也有少量采用单螺杆连续机进行塑炼，但无论是前者还是后者都存在着诸多缺点。如前者存在着生产不连续，后者存在着吃料困难等问题。本课题所提出的橡胶双螺杆塑炼机就是为了实现块状胶料的连续塑炼，并以片状的形状挤出，进而为块状橡胶的连续混炼提供稳定、连续、高质量的塑炼胶。 本文所做的主要工作如下： 1、查阅了大量国内外关于橡胶的塑炼机理、设备和实验研究以及连续混炼设备的相关文献和专利，并对其进行了总结。在此基础上提出了橡胶双螺杆塑炼机的设计思路。 2、建立了橡胶双螺杆塑炼机的塑炼过程中胶料的加料和固体输送、以及熔体输送的数学模型，确定了生胶塑炼的最佳方法。 3、设计出了适合生胶连续塑炼专用的橡胶双螺杆塑炼机和新型的螺杆构型。 4、运用ADINA模拟软件对生胶的塑炼过程的流场机理进行了全面细致地分析，如压力场，剪切应力场，速度矢量场等参数。通过设定不同的螺杆转速，探讨了胶料在新型螺杆不同区域内的流动情况、塑炼效果及最佳塑炼工艺条件，为橡胶双螺杆塑炼机更深层次的塑炼机理和理论的建立和分析奠定了初步基础。 本文提出的橡胶双螺杆塑炼机是在原有塑料双螺杆混炼机和橡胶销钉冷喂料挤出机基础上的创新，是新型的生胶连续塑炼加工设备。突破了现有生胶的塑炼加工设备的传统思路，大大地提高了橡胶塑炼设备的生产能力和塑化能力，提高了工作效率和设备可靠性，并为块状橡胶连续混炼设备的研究提供了连续供胶的重要保证。

目录

文摘

英文文摘

前言

论文说明：符号说明

声明

1绪论

1.1课题研究的背景和意义

1.1.1课题提出的背景

1.1.2课题研究的意义

1.2橡胶塑炼的目的及机理

1.2.1橡胶塑炼的目的

1.2.2生胶塑炼的机理

1.3橡胶塑炼的设备

1.3.1开炼机

1.3.2密炼机

1.3.3螺杆塑炼机

1.4塑料用双螺杆塑炼机

1.4.1平行轴同向双螺杆挤出机

1.4.2平行轴异向双螺杆挤出机

1.4.3锥形双螺杆挤出机

1.5本课题的研究内容、研究目标及拟解决的问题

1.5.1研究内容

1.5.2研究目标

1.5.3本课题拟解决的关键问题

2橡胶双螺杆塑炼机的机理与模型建立

2.1橡胶双螺杆塑炼机喂料段的设计机理及数学模型的建立

2.1.1胶料喂入理论分析

2.1.2固体输送理论中固体输送率模型的建立

2.1.3橡胶双螺杆塑炼机啮合原理中物料输送特性参数模型的建立

2.2橡胶在销钉机筒中的流动分析及数学模型的建立

2.3橡胶双螺杆塑炼机机头的设计机理及数学模型的建立

2.3.1入口效应

2.3.2出模膨胀

2.3.3实现稳定挤出过程的考虑因素

2.4本章小结

3橡胶双螺杆塑炼机的设计

3.1啮合异向双螺杆几何学

3.1.1啮合原理与端面曲线的形成

3.1.2端而曲线方程

3.1.3螺杆间隙与压延效应

3.2橡胶双螺杆塑炼机螺杆的设计

3.2.1螺杆设计的主要几何参数

3.2.2喂料段螺杆的设计

3.2.3塑化段螺杆的设计

3.2.4挤出段螺杆的设计

3.2.5螺杆强度校核

3.3橡胶双螺杆塑炼机机筒的结构和衬套设计

3.3.1机筒主要参数的确定

3.3.2机筒冷却水道的设计

3.3.3机筒的结构没计

3.3.4衬套的设计

3.3.5机筒的强度校核

3.4机头的结构设计

3.5橡胶双螺杆塑炼机总图

3.6本章小结

4橡胶双螺杆塑炼机的三维实体造型

4.1三维实体造型的必要性

4.2 Solidworks软件简介

4.3橡胶双螺杆塑炼机螺杆的三维造型

4.4机筒的三维造型设计

4.5机头部件的三维造型设计

4.6整机组装图

4.7本章小结

5聚合物熔体在橡胶双螺杆塑炼机内的有限元模拟

5.1计算方法及思路

5.1.1数值计算方法的建立和发展

5.1.2流场分析使用的软件

5.2喂料段流体流场的有限元分析

5.2.1物理模型

5.2.2数学模型

5.2.3边界条件

5.2.4有限元模型

5.2.5喂料段中流体的流场分析结果与讨论

5.3塑化段流体流场的有限元分析

5.3.1物理模型

5.3.2数学模型

5.3.3物性参数与边界条件

5.3.4有限元模型

5.3.5塑炼段中流体的流场分析结果与讨论

5.4挤出段流体流场的有限元分析

5.4.1物理模型

5.4.2数学模型和边界条件

5.4.3有限元模型

5.4.4挤出段中流体的流场分析结果与讨论

5.5机头内流体流场的有限元分析

5.5.1物理模型

5.5.2边界条件

5.5.3有限元模型

5.5.4机头流场分析的结果与讨论

5.6本章小节

结论与展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文