行星螺杆挤出机中多相物料塑化混炼的研究

摘要

常见的单、双螺杆挤出机因为其具有相对简化的螺杆结构，维修与制造较方便等优点，在目前的高聚物生产领域中应用范围逐渐扩大。但常规单螺杆挤出机的混料不均匀，双螺杆挤出机因产量高导致质量不稳定等因素限制了它的发展。行星螺杆挤出机兴起时间较短，但因为其全新的创新理念，特别是在大产量要求，多相物料混合塑化领域，得到了飞速的发展。其具有创新的塑化混炼特性、工作机理使其在聚合物的塑化和混炼等方面独具优势。然而由于行星螺杆挤出机的发展较晚，内部结构复杂，对其物料的流动形态、混合混炼机理等方面研究较少。
　　 本研究以HT140行星螺杆挤出机为基础，以HDPE在行星段内的流场作为物理模型，在POLYFLOW软件的帮助下对行星螺杆模型的压力分布、速度分布、剪切速率等进行了数值模拟，并与普通单螺杆作相应对照，具体开展了以下研究:
　　 (1)按照行星螺杆挤出机的结构特征建立几何模型，在等温流场假设条件下，采用仿真模拟方法模拟了行星螺杆挤出机内示踪粒子的流动模式，此外还对非牛顿聚合物熔体的压力分布、平均速率分布，行星螺杆挤出特性等进行了一定程度的探索。
　　 (2)为了很好的表征行星螺杆挤出机的塑化混炼能力，根据POLYSTAT软件进行后处理，分析比较了物料的剪切速率、分散准数和停留时间分布，分析了行星螺杆根数、转速对物料的剪切速率、拉伸速率以及在轴向和径向位置变化的影响。
　　 (3)使用行星螺杆挤出机挤出加工了木粉/HDPE填充体系，通过扫描电镜观察挤出物的微观结构，分析了螺杆数量、螺杆转速及螺杆构型对物料的相容性及分散效果的影响，进一步验证了模拟分析中所获得的结论。

目录

声明

学位论文数据集

摘要

符号说明

第一章 绪论

1．1 螺杆挤出机的发展阶段

1．2 行星螺杆挤出机的产生

1．3 行星螺杆机出机的最新发展

1．3．1 理论研究的量近进展

1．3．2 结构的更新发展

1．3．3 应用领域的扩展

1．4 聚合物混合机理

1．4．1 混合的分类

1．4．2 分布混合

1．4．3 分散混合

1．5 本论文研究的目的、意义、内容和创新点

1．5．1 本论文研究的目的和意义

1．5．2 本论文研究的主要内容

1．5．3 本论文的创新点

第二章 行星螺杆挤出机物理模型的建立以及流场分析

2．1 数值计算方法

2．2 物理模型的建立

2．2．1 物理模型

2．2．2 数学模型

2．2．3 网格划分

2．3 压力分布

2．3．1 径向压力分布

2．3．2 轴向压力分布

2．4 速度分布

2．4．1 速度矢量分布

2．4．2 平均速度分布

2．5 粒子在流场中的运动轨迹

2．6 行星螺杆挤出特性

2．6．1 螺杆转速与产量

2．6．2 压力变化与产量

2．7 本章总结

第三章 行星螺杆挤出机内混合效果的表征

3．1 剪切速率

3．1．1 剪切速率分布

3．1．2 不同螺杆数量与平均剪切速率及螺杆转速的关系

3．2 分散准数

3．3 停留时间分布

3．4 本章总结

第四章 行星螺杆挤出过程的实验研究

4．1 实验目的

4．2 实验原料与配方

4．3 实验设备

4．3．1 行星螺杆挤出机

4．3．2 其他实验设备

4．4 挤出特性实验方法和和实验步骤

4．4．1 实验方法

4．4．2 实验步骤

4．5 挤出特性实验结果分析

4．6 混炼效果实验方法和实验步骤

4．6．1 实验方法

4．6．2 实验步骤

4．7 混炼效果实验结果分析

4．7．1 螺杆转速对混炼效果的影响

4．7．2 螺杆数量对混炼效果的影响

4．7．3 螺杆构型对混炼效果的影响

4．8 本章总结

第五章 总结

5．1 本研究的意义

5．2 课题的主要结论

5．3 课题的不足之处

参考文献

致谢

研究成果及发表的学术论文

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