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双螺杆挤出机是聚合物加工的一种重要设备。物料在双螺杆挤出机中的停留时间分布(RTD)是表征其混合的一个重要参数,它反映了物料在热、剪切或化学条件下的历史。全局停留时间分布(TRTD)表征整个挤出机的混合和输送能力。而局部停留时间分布(LRTD)反映物料在挤出机中某一区域如一个或几个元件组合的混合与流动情况。 通过设计含有不同元件的螺杆构型,利用自行研制的检测装置在线测量双螺杆挤出机某一位置的部分停留时间分布(PRTD)。对两个不同位置的PRTD进行去卷积运算,获得了两个测量位置区间内不同角度捏合块元件、齿形盘元件以及人字形元件的LRTD。同时将齿形元件RTD的时间域转化成螺杆转数和物料体积,得到停留转数分布(RRD)和停留体积分布(RVD)。 析因法分析螺杆转速、喂料速率和错列角度对捏合块元件PRTD曲线的延迟时间和平均停留时间的影响,发现转速最大,角度和比产率接近;错列角度、螺杆转速和比产率三因素之间两两存在交互作用,对于延迟时间,交互作用影响的程度大小的顺序为:角度与比产率>转速与比产率>角度与转速;而对于平均停留时间,比产率与转速>角度与比产率>角度与转速。 去卷积计算得到的捏合块元件和齿形盘元件的LRTD结果分析表明,LRTD曲线的最短停留时间(延迟时间)、平均停留时间及轴向混合程度均随螺杆转速和喂料速率提高而减小;相同的流量比产率(Q/N)条件下,无因次化LRTD曲线重合,从而获得了反映捏合块元件的本征混合能力的停留时间分布。将齿形盘元件RTD的时间域转化成螺杆转数和物料体积数,发现特定的螺杆构型下,相同Q/N的RRD和RVD曲线也重合;进一步将RVD曲线最小停留体积(延迟体积)归零,不同操作条件下的RVD曲线趋于一致,说明RVD曲线形状不依赖于操作条件,而仅仅取决于螺杆构型。 不同的元件的LRTD对比研究发现,直齿形盘元件的延迟时间最长,曲线最宽,混合状况最好;30°捏合块的输送能力最好,延迟时间最短,混合效果最差;而人字形元件LRTD曲线的延迟时间介于30°捏合块和60°捏合块之间,