【摘 要】
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传统双螺杆挤出机两根螺杆的构型相同,导致物料在熔融混炼过程中缺少空间变换,限制了混合能力的进一步提升。为了克服这种缺陷,提升混合效果,研制出了新型差速非对称双螺杆,该螺杆打破了传统双螺杆的对称结构,在聚合物加工过程中实现拓扑混沌混合,大幅提升了熔融混合效率。本文将数值模拟、可视化实验和PIV测试方法相结合,进一步探究差速捏合块的分散混合机理。针对差速和传统等速双螺杆构型,建立了两组串联0°捏合块物
【基金项目】
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国家自然科学基金,差速双螺杆中液滴多尺度分散动力学机理研究（11972023）； 国家自然科学基金,折流板作用下双螺杆中液滴分散混合动力学与尺度调控（12102306）；
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传统双螺杆挤出机两根螺杆的构型相同,导致物料在熔融混炼过程中缺少空间变换,限制了混合能力的进一步提升。为了克服这种缺陷,提升混合效果,研制出了新型差速非对称双螺杆,该螺杆打破了传统双螺杆的对称结构,在聚合物加工过程中实现拓扑混沌混合,大幅提升了熔融混合效率。本文将数值模拟、可视化实验和PIV测试方法相结合,进一步探究差速捏合块的分散混合机理。针对差速和传统等速双螺杆构型,建立了两组串联0°捏合块物理模型,使用流体动力学POLYFLOW软件开展流动与分布混合进行数值模拟研究。并利用自行开发后处理程序,求解包括速度场、压力场、流量波动、粒子追踪等模拟结果。通过数值模拟比较发现,相较于传统捏合块,差速捏合块有着更为优异的分散混合性能。采用自主研制的全程可视化透明挤出机,开展了差速0°捏合块混合机理的探究。首次捕捉到了差速0°捏合块在挤出过程中的“周期性波动”现象,结果表明“周期性波动”虽然加速了大尺度示踪剂的破裂,但也使得示踪剂快速通过捏合块。首次采用红色细砂法获得了差速0°捏合块的停留时间分布。首次使用PIV粒子测速仪探究了差速0°捏合块在挤出过程中的瞬时流场,结果表明捏合块的构型,组数和工况,都对“周期性波动”有影响。首次采用拍摄法表征捏合块对出口流量的影响,结果表明捏合块的构型和螺杆转速对出口瞬时流量波动的影响较大。采用出口拉膜法,表征捏合块内的分散混合能力。螺杆转速越高,喂料量越小分散混合效果越好;一组捏合块时,差速90°/45°捏合块的分散效果最好,差速180°/90°和120°/60°捏合块的分散混合能力次之,差速60°/30°捏合块的分散混合能力最差。三组捏合块时,差速90°/45°捏合块的分散混合能力最好,差速0°捏合块的分散混合能力最差。差速捏合块混合分散能力要优于传统捏合块。由多因素方差分析知,捏合块组数、喂料量和错列角对物料分散有着显著影响;从交互作用可以看到,螺杆转速和喂料量对平均粒径和物料分散均匀性的起着关键作用。图100幅,表30个,参考文献52篇。
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