三螺杆输送聚合物颗粒行为及影响因素研究

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固体输送作为螺杆挤出机第一个阶段,其对螺杆挤出机的工作效率及产品质量都有较大的影响。平行三螺杆是近些年来新型的一种塑料颗粒输送及挤出设备,相比较于双螺杆输送,其具有两个啮合区,相当于两对双螺杆在同时工作,具备较高的塑料颗粒输送能力,为了获得更高的生产效率及产品质量,三螺杆固体输送开始备受关注,但在螺杆挤出机领域研究较多的方向主要集中在熔融及混合段,因此,对三螺杆固体输送段的研究分析就尤为重要。本文利用离散元素法,根据仿真模拟后聚丙烯物料在三螺杆固体输送段机筒内的分布情况以及三螺杆几何学基础,将固体输送区域划分为四个子输送区域进行分析,仿真模拟实验可以得到物料颗粒在不同时刻的受力及速度变化情况,克服了实验过程中所不能测量的物理量,可以准确反应出物料颗粒在三螺杆输送中的运动规律;其次,利用自制的三螺杆固体输送装置对不同螺杆转速、不同加料量及不同颗粒粒径影响物料输送效率做了实验及分析,测得不同参数条件下主机电流,计算出主机消耗功率并应用响应曲面法设计实验,得到三螺杆固体输送段在各影响因素下的物料输送效率及主机消耗功率二次多项式方程,分析各因素对响应方程的影响大小以及各因素间的交互影响。实验测得的误差均在15%以内。仿真及实验结果表明,三螺杆输送聚丙烯塑料颗粒时,并不同于单螺杆及双螺杆输送,其螺槽并不能被聚丙烯颗粒完全充满且机筒也并非像单螺杆挤出机一样需要做粗糙处理。当选用工业中常用的聚丙烯塑料颗粒作为实验研究对象时,螺杆转速应调整为60-100r/min、加料量控制在110g上下、颗粒粒径在3-3.5mm的范围内,其物料输送效率最为经济,实验中最大输送效率为6.19g/s(371.4g/min),这比相同条件下双螺杆挤出机提高了25.18%,此外,与仿真结果相比,物料输送效率所得结果误差均在10%以内,实验较为理想。最后,当输送不同的塑料颗粒时,应对螺杆转速、加料量、选用螺纹元件的型号做相应的调整与处理以获得更高的物料输送效率。
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