螺旋沟槽单螺杆挤出机新型挤出理论研究

摘要

由于开槽机筒单螺杆挤出机具有产量高、挤出稳定性好等优异性能，已经被越来越广泛地应用到塑料聚合物加工领域中。本研究中以螺旋沟槽单螺杆挤出机新型挤出理论研究为主线，对螺旋沟槽单螺杆挤出机固体输送段的固体输送机理、固体输送产量模型和不同固体输送机理下螺旋沟槽固体输送段的能耗等方面进行了探索和研究。在系统研究并结合理论分析基础上，研制了具有正位移输送能力的新型螺旋沟槽式单螺杆挤出机。该挤出机打破了单螺杆挤出机不能实现正位移输送的思想禁锢，在固体输送段实现了类似于异向双螺杆挤出机中的正位移输送方式，填补了国内外单螺杆挤出领域的一项技术空白。主要研究工作如下:
　　 1、通过将机筒衬套沟槽和螺杆螺槽视为对物料协同作用的整体系统，将嵌入机筒衬套沟槽和螺杆螺槽内的物料视为整体固体塞，建立了新型的弧板物理模型，通过对弧板固体塞的受力平衡和力矩平衡分析求解，建立了螺旋沟槽单螺杆挤出机固体输送段实现对整体固体塞正位移输送的边界条件方程，可以确定实现正位移输送条件下的机筒衬套沟槽和螺杆螺槽几何结构参数，实现了对固体输送段输送特性的可控。
　　 2、分析了螺槽中固体塞微元的受力情况，通过求解螺槽中固体塞微元的连续性方程和运动方程，得到了正位移输送机理下的固体输送段的建压方程式和固体塞运动速度方程式。在理论分析并结合实验验证的基础上，系统研究了不同机筒衬套沟槽和螺杆螺槽结构参数以及原料物性参数对正位移固体输送段压力分布的影响规律，揭示了正位移固体输送的建压机理。
　　 3、建立了新型的固体输送粒径模型，在粒径模型中，根据不同的机筒衬套沟槽深度和螺杆螺槽深度以及原料粒径之间的尺寸关系确立了固体塞内部不同位置处的剪切界面，使用正位移输送的边界条件方程讨论了不同的机筒衬套沟槽深度和螺杆螺槽深度以及不同的原料粒径对剪切界面上的固体输送机理的影响规律，利用不同结构参数的机筒衬套和螺杆装置以及不同的原料粒径进行了实验验证，并确立了不同固体输送机理下螺旋沟槽固体输送段的产量和能耗计算模型。
　　 4、通过系统分析和理论研究，研制了具有正位移固体输送能力的新型螺旋沟槽单螺杆挤出机，并在该挤出机实验平台基础上，自行研制了螺杆挤出固体输送段在线模拟试验机，用于在线真实检测固体输送段末端的压力值和固体输送段的产量和能耗等参数。
　　 本研究取得的阶段性成果不仅可为螺旋沟槽正位移输送单螺杆挤出机的工业化应用提供理论指导，还可为我国高分子材料科学与技术的进步提供新的设备平台。

目录

声明

学位论文数据集

摘要

符号说明

第一章 绪论

1．1 挤出机的发展历史

1．2 单螺杆挤出机

1．2．1 光滑机筒单螺杆挤出机

1．2．2 开槽机筒单螺杆挤出机

1．2．3 高速单螺杆挤出机

1．2．4 电磁振动单螺杆挤出机

1．2．5 精密单螺杆挤出机

1．3 单螺杆挤出理论的研究进展

1．3．1 固体输送理论

1．3．2 熔融理论

1．3．3 熔体输送理论

1．4 开槽机筒单螺杆挤出机固体输送理论的研究

1．5 本课题的研究内容、研究意义及创新点

1．5．1 研究内容

1．5．2 研究意义

1．5．3 可行性分析

1．5．4 创新点

第二章 螺旋沟槽单螺杆挤出机正位移输送理论

2．1 物理模型——弧板模型

2．2 基本假设

2．3 数学模型

2．3．1 固体塞的速度和加速度分析

2．3．2 固体塞的受力分析

2．3．3 固体塞正位移输送第一边界条件方程

2．3．4 固体输送段压力方程

2．3．5 固体塞正位移输送第二边界条件方程

2．4 本章小结

第三章 螺旋沟槽单螺杆挤出机正位移输送理论的实验研究

3．1 螺旋沟槽单螺杆挤出机的开发研制

3．1．1 螺旋沟槽单螺杆挤出机

3．1．2 螺杆挤出固体输送段在线模拟试验机

3．2 分析与讨论

3．2．1 正位移输送机筒衬套沟槽设计准则

3．2．2 机筒衬套沟槽深宽比设计准则

3．2．3 机筒衬套沟槽螺旋角设计准则

3．2．4 摩擦系数对正位移输送的影响

3．2．5 正位移输送固体段的建压特性

3．3 本章小结

第四章 螺旋沟槽单螺杆挤出机固体输送产量的粒径模型研究

4．1 物理模型——粒径模型

4．2 数学模型

4．2．1 沟槽中固体塞的输送

4．2．2 螺槽中固体塞的输送

4．2．3 摩擦拖曳输送机理下固体塞的输送角

4．2．4 固体输送段的产量

4．3 分析与讨论

4．3．1 摩擦系数对固体输送粒径模型的影响

4．3．2 粒径模型中的固体输送特性

4．4 本章小结

第五章 螺旋沟槽单螺杆挤出机固体输送能耗的研究

5．1 正位移输送机理下固体段的能耗

5．1．1 固体输送段的总能耗

5．1．2 固体输送段的能耗分配

5．2 摩擦拖曳输送机理下固体段的能耗(机筒衬套内表面处固体塞断裂分层)

5．2．1 固体输送段的总能耗

5．2．2 固体输送段的能耗分配

5．3 局部摩擦拖曳输送机理下的固体段能耗(螺杆螺槽内固体塞断裂分层)

5．3．1 固体输送段的总能耗

5．3．2 固体输送段的能耗分配

5．4 分析与讨论

5．5 本章小结

第六章 全文总结与展望

6．1 本文所作的主要工作和取得的阶段性成果

6．2 研究展望

参考文献

致谢

研究成果及发表的论文

作者和导师简介

博士研究生学位论文答辩委员会决议书