同向多螺杆挤出机和双辊精炼机中脱硫胶粉精炼过程的模拟分析及实验研究

摘要

再生胶(RR)可以取代部分生胶生产各类橡胶制品，其加工性能优良，成本相对低廉，因此，得到普遍应用，在我国消耗量庞大。废旧轮胎胶粉(GTR)连续脱硫后生产再生胶时，需要进行精炼处理，以提高脱硫胶粉(RD)的加工性能，降低产品的门尼粘度。传统的精炼设备是精炼机（开放式炼胶机），这种精炼方式在我国已有几十年的历史，由于精炼机在生产过程中存在着污染严重、安全隐患高、人力劳动强度大等诸多缺点，当其面对现代化生产时，已经显得难以适应。
　　针对上述情况，提出了使用同向多螺杆挤出机对RD进行精炼挤出RR的新思路。相对传统精炼设备，同向多螺杆挤出机同样能够对RD进行强剪切，对脱硫过程中部分脱硫后的脱硫胶粉颗粒进行细化分散处理，并增加其流动性，同时，同向多螺杆挤出机具有连续化高效挤出能力、绿色节能等优势。本文以新旧三种精炼设备为研究对象，对其剪切流场分布及工艺参数的影响规律进行了对比研究，为同向多螺杆挤出机的工艺参数设置和降门尼效果提供了理论借鉴。
　　本文考察了RD的流变特性，并根据三种精炼设备的物理模型及满足正常生产的工艺参数，模拟计算了RD的剪切流场。通过对比分析剪切速率、加权平均剪切速率、剪切应力、加权平均剪切应力、以及累积应变等流场特性指标，研究了三种精炼设备剪切流场的分布特性，并探索了螺杆转速以及产量对同向双螺杆挤出机降门尼效果的影响情况。然后结合三种精炼设备的生产实验对模拟结果进行检验。
　　流场模拟结果表明:实验用同向多螺杆挤出机流场的剪切速率及剪切应力分布更均匀，加权平均值更大，同向多螺杆挤出机的剪切能力达到甚至超过了精炼机，但同向多螺杆流场质点的累积应变分布范围较宽，挤出产品的均一性不如精炼机。对同向多螺杆挤出机而言，降低产量或提高螺杆转速均可促进流场的剪切作用增强。
　　生产实验结果表明:RD和RR在力学性能方面没有差别，后者的门尼粘度更低，加工性能得到改善;同向多螺杆挤出机的降门尼效果与精炼机相当。
　　结合模拟分析和生产实验结果，综合考虑同向双螺杆挤出机在精炼过程中的各种优势，表明同向多螺杆挤出机在再生胶精炼行业具有良好的适用性，具有很好的发展前景。

目录

声明

摘要

符号说明

第一章 绪论

1．1 本课题的研究背景及意义

1．1．1 本课题的研究背景

1．2 脱硫胶粉精炼的目的、机理及性能表征

1．2．1 脱硫胶粉精炼的目的

1．2．2 脱硫胶粉精炼的机理

1．2．3 再生胶的性能表征

1．3 脱硫胶粉精炼的传统设备

1．3．1 开炼机

1．3．2 密炼机

1．4 同向多螺杆挤出机

1．4．1 同向双螺杆挤出机

1．4．2 一字型排列的三螺杆挤出机

1．5 本课题的研究意义

1．6 本课题的研究内容

第二章 流场模拟

2．1 计算方法及思路

2．2 流场模拟使用的软件

2．2．1 POLYFLOW软件介绍

2．2．2 软件的主要计算步骤

2．3 物理模型的建立

2．3．1 X1KJ-450精炼机组

2．3．2 32同向双螺杆挤出机和90一字型三螺杆挤出机

2．3．3 有限元网格划分

2．3．4 流体本构方程的选用

2．3．5 模拟计算后处理

2．4 三种精炼设备的流场参数

2．4．1 粘度场

2．4．2 剪切速率场和剪切应力场

2．4．3 累积应变场

2．5 本章小结

第三章 脱硫胶粉在精炼设备中的剪切流场有限元分析

3．1．1 粘度场

3．1．2 剪切速率和剪切应力

3．1．3 累积应变场

3．2 32同双的模拟计算结果分析与讨论

3．2．1 32同向双螺杆挤出机的螺杆构型设计

3．2．2 喂料量对剪切作用的影响

3．2．3 转速对剪切作用的影响

3．3 本章小结

第四章 脱硫胶粉精炼实验

4．1 实验设备

4．2 实验原料

4．3．1 脱硫胶粉与再生胶主要性能对比

4．3．2 三种精炼设备挤出实验

4．3．3 32同向双螺杆挤出实验

4．3．4 同向多螺杆挤出机生产工艺的先进性

4．4 本章小结

第五章 结论

5．1 主要结论

5．2 本课题的创新及主要贡献

参考文献

致谢

研究成果及发表论文

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