（化工过程机械专业论文）同向双螺杆强分散混合元件与拉伸元件设计及混合性能研究.pdf

学位论文数据集 中图分类号 t h l l 学科分类号 4 6 0 2 0 论文编号 1 0 0 10 2 0 l l 0 6 5 5 密级公开 学位授予单位代码 1 0 0 1o 学位授予单位名称北京化工大学 作者姓名黄凤春学号 2 0 0 8 0 0 0 6 5 5 获学位专业名称 化工过程机械获学位专业代码 0 8 0 7 0 6 工程塑料高性能化 制备关键技术的研非金属材料成型理论与 课题来源研究方向 究与开发设备研究 ( 20 0 8 b a e 5 9 8 0 4 ) 论文题目同向双螺杆强分散混合元件与拉伸元件设计及混合性能研究 关键词啮合同向双螺杆元件，数值模拟，混合性能 论文答辩日期2 0 1 1 年5 月2 8 日论文类型应用研究 学位论文评阅及答辩委员会情况 姓名 职称 工作单位学科专长 指导教师马秀清副教授北京化工大学高分子材料加工机械 评阅人1冯连勋 教授 北京化工大学机械工程 评阅人2罗兵副教授北京化工大学化工过程机械 答辩委员会主席 赵月云高级工程师北京化工研究院化工过程机械 答辩委员1杨卫民教授北京化工大学聚合物加工与设备 答辩委员2张亚军教授北京化工大学微纳制造 答辩委员3冯连勋教授北京化工大学机械工程 答辩委员4丁玉梅副教授北京化工大学高分子材料加工机械 答辩委员5何雪涛副教授北京化工大学机械电子工程 答辩委员6张冰副教授北京化工大学高分子材料加工机械 答辩委员7董力群副教授 北京化工大学 高分子材料加工机械 答辩委员8党开放 讲师北京化工大学机械电子工程 征：一 四 论文类型：1 基础研究2 应用研究3 开发研究4 其它 中图分类号在中国图书资料分类法查询。 学科分类号在中华人民共和国国家标准( g b t1 3 7 4 5 9 ) 学科分类与代码中 查询。 论文编号由单位代码和年份及学号的后四位组成 摘要 同向双螺杆强分散混合元件与 拉伸元件设计及混合性能研究 摘要 在聚合物加工过程中，物料之间存在两种主要的混合形式，即，分布 混合和分散混合。本文根据分散混合理论和同向双螺杆啮合原理，设计了 两种强分散混合元件和两种拉伸元件。 本文采用计算流体力学软件( p o n r f l o w ) 对新型螺杆元件的流场进 行了模拟分析。通过对强分散混合元件的模拟分析，得到了压力场、加权 平均剪切应力以及累积最大拉伸速率分布；通过对拉伸元件的模拟分析， 得到了压力场和累积最大拉伸速率分布。结果表明：对于强分散混合元件 来说，六头锯齿型元件混合性能最好，类捏合盘元件则是随着错列角增加， 错列角从3 0 0 到9 0 0 ，其混合性能逐渐减弱，错列角从9 0 0 到1 5 0 0 ，其混 合性能逐渐增强；对于拉伸元件来说，四头非啮合拉伸元件拉伸效果最好， 由五个锥体组合成的锥形拉伸元件具有更强的拉伸性能。 本文通过实验对强分散混合元件与拉伸元件的混合性能进行了研究， 实验结果表明：锯齿型元件的混合性能优于常规螺纹元件与捏合盘元件 ( 错列角为1 5 0 0 的捏合块除外) ，类捏合盘元件三种错列角螺杆构型的混合 性能均优于捏合盘元件对应三种错列角螺杆构型的混合性能。锯齿型元件 与类捏合盘元件挤出试样分散相粒径的均一性比捏合盘元件与常规螺纹 元件要好；非啮合拉伸元件和锥型拉伸元件均比s 型元件的混合性能优 异。模拟结果与实验结果基本吻合。 关键词：啮合同向双螺杆元件，数值模拟，混合性能 a b s t r a c t r e s e a r c ho fm l x l n gp e r f o r m a n c ea n dd e s i g n f o re l o n g a t i o n a lf l o wa n dh i g h d i s p e r s i o n m l x i n gt w i n s c r e we l e m e n t a b s t r a c t d i s t r i b u t i v em i x i n ga n dd i s p e r s i v em i x i n ga r et w ok n d so fm i x i n gt y p e s i np o l y m e rp r o c e s s i n g t w ok i n d so fe l o n g a t i o n a la n dh i g h d i s p e r s i o nm i x i n g t w i i l s c r e we l e m e n tw e r e d e s i g n e d o nt 1 1 eb a s i so f d i s p e r s i v em i x i n g m e c h a n i s ma n d m e s h i n gt h e o 拶o fc o r o t a t i n gt 、i ns c r e we x t n j d e r f l o wf i e l do fn e w 帅et w i ns c r e we l e m e n t sw e r es i m u l a t e db yp o l y f l o w p r e s s u r ef i e l d ，w e i g h t e da v e r a g es h e a u rs t 】r e s sa n dc u m u l a t e dm a x i m u mt e n s i l e r a t ed i s t r i b u t i o nw e r eo b t a i n e db yt h es i m u l a t i o no fh i g h d i s p e r s i o nm i x i n g e l e m e n t s p r e s s u r ef i e l da n dc u m u l a t e dm a x i m u mt e n s i l er a t ed i s t r i b u t i o n w e r eo b t a i n e db yt h es i m u l a t i o na i l a l y s i so fe l o n g a t i o n a le l e m e n t s t h er e s u l t s s h o w e dt h a ts i x t i ps a 、玑o o m s h 印e de l e m e n th a dt h eb e s tm i x i n gp e r f o r m a n c e f r o m3o ot o9 0 0 ，w i t ht h ei n c r e a s eo fs t a g g e r i n ga n g l eo fk n e a d i n g - l i k ed i s c ， t h e m i x i n gp e r f o h 】= l a n c ew e a k e n e d ，、h e r e a s t h e m i x i n gp e r f o m l a n c e e n h a n c e d 仔o m9 0 0t o15 0 0 f o u r - t i pn o n i n t e r m e s h i n ge l o n g a t i o n a le l e m e n t h a dt h eb e s tt e n s i l ep e r f o m a n c e f i v e c o n ee l o n g a t i o n a le l e m e n th a db e 倦玎 t e n s i l ep e r f o r m a n c et h a no t h e rs c r e wc o n f i g u r a t i o n s t h em i x i n gp e r f o r m a n c ef o re l o n g a t i o n a la n dh i g h d i s p e r s i o nm i x i n g i i i 北京化- 下大学颀l ：学位论文 t w i n - s c r e we l e m e n t sw a sv e r i f i e db ye x p e r i m e n t s t h er e s u l t ss h o w e dt h a tt h e m i x i n gp e r f - o 咖a n c eo fs a w t o o t h s h a p e dt w i ns c r e we l e m e n tw a sb e t t e rt h a l l t h a to fc o m m o n 栅i n - s c r e we l e m e n t 觚d k n e a d i n gb l o c ke x c e p tt h es t a g g e r i n g a n g l eo fl5o 。 t h em i x i n gp e r f o m a n c ef o r 缸e ek i n d so fs t a g g e r i n ga n g l e o fk n e a d i n 争l i k ed i s cw a sb e t t e rt h a nt h a to ft h ec o 玎e s p o n d i n gs t a g g e r i n g a n g l eo fl ( n e a d i n gb l o c k t h eh o m o g e n e i t yo fp a r t i c l es i z ed i s t r i b u t i o n 蠡 s a 叭o o m - s h a p e d 附i ns c r e we l e m e n ta n dk n e a d i n g l i k ed i s cw a sb e t t e rt 王1 a n m a to fc o m m o nt w i n s c r e we l e m e n ta n d k n e a d i n gd i s c t h et e n s i l e p e r f o m a n c eo fn o n i m e r m e s h i n ge l o n g a t i o n a le l e m e n ta n dc o n ee l o n g a t i o n a j e l e m e mw a sb e t t e rt h a ns 哆p es c r e we l e m e n t t h ee x p e r i m e n t a ld a t aw e r ei n g o o da g r e e m e n t sw i m m es i m u l a t i o nr e s u l t s k e yw o i m s ： i m e m e s h i n gc 伊r o t a t 洫g 撕i ns c r e we l e m e n t s ，n u i i l e r i c a l s i i n u l a t i o n ，m i x i n gp e r f o r i l l a n c e i v 日录 目录 第一章文献综述1 1 1 啮合同向双螺杆挤出机概述一l 1 2 啮合同向双螺杆挤出机混合理论的研究现状”1 1 3 新型螺杆元件的研究现状”3 1 3 1 剪切元件3 1 3 1 1 捏合盘元件3 1 3 2 拉伸元件4 1 3 2 1c r d 混合元件4 1 3 2 2s 型元件5 1 3 2 - 3 波状双螺杆元件5 1 3 2 4 偏心盘元件与有拉伸槽的单头捏合盘元件6 1 3 3 其他螺杆元件7 1 3 3 1 六棱柱元件7 1 3 3 2 变间隙转子元件与非啮合多过程元件8 1 4 本课题研究的目的意义和研究内容”8 1 4 1 课题的目的意义8 1 4 2 本课题的主要研究内容“9 第二章强分散混合元件的设计及参数优选1 l 2 1 锯齿型元件的设计思路与几何外形1 1 2 2 锯齿型元件的数值模拟1 2 2 2 。1 数学模型”12 2 2 2 几何模型13 2 2 3 有限元模型1 4 2 2 3 1 坐标系的选择1 4 2 2 3 2 单位制的选择”1 4 2 2 3 3 网格划分”1 5 2 2 3 4 边界条件1 5 2 2 4 模拟结果分析1 6 v 北京化t 人学硕1 ：学位论文 2 2 4 1 压力场。1 6 2 2 4 2 剪切应力场17 2 2 4 3 累积最大拉伸速率分布1 9 2 3 类捏合盘元件的设计思路与几何外形2 l 2 4 类捏合盘元件的数值模拟2 2 2 4 1 数学模型2 3 2 4 2 几何模型2 3 2 4 3 有限元模型2 3 2 4 4 模拟结果分析2 4 2 4 4 1 压力场2 4 2 4 4 2 剪切应力场。2 6 2 4 4 3 累积最大拉伸速率分布2 7 2 5 小结”2 9 第三章拉伸元件的设计及参数优选3 l 3 1 非啮合拉伸元件的设计思路与几何外形3l 3 2 非啮合拉伸元件的数值模拟3 2 3 2 1 数学模型3 2 3 2 2 几何模型3 2 3 2 3 有限元模型3 2 3 2 4 模拟结果分析3 3 3 2 4 1 压力场3 3 3 2 4 2 累积最大拉伸速率分布3 4 3 3 锥形拉伸元件的设计思路与几何外形3 6 3 4 锥形拉伸元件的数值模拟3 6 3 4 1 数学模型3 6 3 4 2 几何模型3 7 3 4 3 有限元模型3 7 3 4 4 模拟结果分析3 8 3 4 4 1 压力场3 8 3 4 4 2 累积最大拉伸速率分布3 9 3 5 小结：4 1 第四章强分散混合元件与拉伸元件混合效果的实验研究4 3 v i 目录 4 1 实验原料及实验设备4 3 4 1 1 实验原料4 3 4 1 2 实验设备4 3 4 2 实验方案4 3 4 2 1 强分散混合元件混合性能实验4 3 4 2 2 拉伸元件混合性能实验4 5 4 - 2 3 实验步骤4 6 4 3 实验结果与讨论4 7 4 3 1 强分散混合元件4 7 4 3 1 1 锯齿型元件4 7 4 3 1 2 类捏合盘元件“5 l 4 3 2 拉伸元件5 6 4 3 2 1 实验结果分析一5 6 4 3 2 2 实验结果与模拟结果比较5 7 4 4 小结一5 9 第五章结论6 l 5 1 课题研究的主要结论6 l 5 2 课题的创新点及主要贡献6 2 5 3 课题有待于进一步研究的问题6 2 参考文献一6 3 致谢6 7 研究成果和发表的学术论文目录6 9 作者和导师简介7 l v h c o n t e n t s c o n t e n t s c h a p t e rll i t e r a t u r er e v i e w l 1 1 i n t r o d u c t i o no fi n t e 珊e s h i n gc o r o t a t i n g 铆i ns c r e we x t m d e r l 1 2s t a _ t u so f m em i x i n gt l l e o 巧s t u d yo ni n t e 锄e s h i n gc o - r o t a t i n gt 、杌ns c r e we x t n l s i o n 1 1 3s t a _ t u so fs t u d yo nn e wt y p et 、i ns c r e we l e m e n t 3 1 3 1k n e a d i n gd i s c 3 1 3 2e l o n g a t i o n a lc o - r o t a t i n gt w i n - s c r e we l e m e n t ”4 l - 3 2 1c r d m i ) 【i n ge l e m e n t 4 1 3 2 2st y p es c r e we l e m e n t 5 1 3 2 3w a v et 、咖s c r e we l e m e n t 5 1 3 2 4d e c e m r a t i o nd i s ce l e m e n ta n ds i i l g l e t i pb l e a d i n gd i s c 、杭mt e 【l s i l es l o t ”6 1 3 3o t l l e rs c r e we l e m e n t ”7 1 3 3 1f p o l y g o n 。7 1 3 3 2v a r i o u sc l e 撇n c e sr o t o r s 锄dn o n i n t e m e s h i n ga n dm u l t i s t e pp r o c e s s 他we l e m e n t 7 1 4o b j e c t i v e sa n dc o n t e n t so ft l l es t u d y 。8 1 4 1o b j e c t i v e s 趾ds i 印i f i c a i l c e 一8 1 4 2c o n t e n t so ft m sg t u d y 8 c h a p t e r 2d e s i g na n dp a r a m e t r i co p t i m i z a t i o no fh i g h d i s p e r s i o nm i x i n g t w i n s c r e we l e m e n t 1l 2 1d e s i 印i d e a 觚dg e o m e 仃i cm o d e lo fs a v v t o o t h - s h a p e de l e m e n t 1 1 2 2n 岫e r i c a ls i m u l a t i o no fs a 、矶o o t l l s h a p e de l e m e n t l2 2 2 1m a c l l e m a t i c sm o d e l 1 2 2 2 2g e o m e t r i cm o d e l 13 2 2 3f e mm o d e l l4 2 2 3 1r e f e r e n c ef h m e 1 4 2 2 3 2r e f e r e n c eu n i t l5 2 2 3 3m e s h i n g l5 2 2 3 4b o u n d a r vc o n d i t i o n s ”1 6 2 2 4r e s u l t sa n dd i s c u s s i o no fs i m u l a t i o n l6 i x 北京化_ t 大学硕f ：学位论文 2 2 4 1p r e s s u r ep r o f i l e s l6 2 2 4 2s h e a rs t r e s sp r o f i l e s l7 2 2 4 3c 啪u i a t e dm a x i m 啪t e n s i l e r a t ed i s t r i b u t i o n “l9 2 3d e s 谫i d e aa 1 1 dg e o m e t r i cm o d e lo f k n e a d i n g l i k ed i s c “2 l 2 4n u m e r i c a ls i m u l a t i o no fk n e a d i n g 1 i k ed i s c 一2 2 2 4 1m a t h e m a t i c sm o d e l 2 2 2 4 2g e o m e t r i cm o d e l 2 3 2 4 3f e mm o d e l 2 3 2 4 4r e s u l t sa n dd i s c u s s i o no fs i m u l a t i o n 2 4 2 4 4 1p r e s s u r ep r o f i l e s 2 4 2 4 4 2s h e a r 殉e s sp r o f i l e s 2 6 2 4 4 3c 啪u l a t e dm a x i m u mt e n s i l e - i 锨ed i s t r i b u t i o n ”2 7 2 5s l 】眦1 i 1 y 2 9 c h a p t e r 3d e s i g na n dp a r a m e t r i co p “m i z a t i o no f e l o n g a “o n a i t w i n s c r e we l e m e n t 3l 3 1d e s i g ni d e aa n dg e o n l e t r i cm o d e lo fn o n i n t e n n e s l l i n g e l o n g a t i o r 斌“，i n s c r e we l e m e n t 3l 3 2n u m e f i c a ls i m u l a t i o no fn o n - i m e 眦e s h i i l ge l o n g a t i o n a l 俺，i i ls c r e we l e m e n t 3 2 3 2 1m a t l l e m a t i c sm o d e l 3 2 3 2 2g e o m e 仃i cm o d e l 一3 2 3 2 3f e mm o d e l 3 2 3 2 4r e s u l t sa n dd i s c u s s i o no fs i n m l a t i o n 3 3 3 2 4 1p r e s s u r ep r o f i l e s 3 3 3 2 4 2c 啪u l a t e dm a x i m 眦lt e n s i l e r a t ed i s t r i b u t i o n ”3 4 3 3 【坨s i g i li d e aa i l dg e o m e t r i cm o d e lo fc o n ee l o n g a t i o n a lt 、v 证s c r e we l e m e n t 3 6 3 4n 哪甜c a ls i m u l a t i o no fc o n ee l o n g a t i o n a lt w i ns c r e we l e m e n t 3 7 3 4 1m a _ t l l e m a t i c sm o d e l 3 7 3 4 2g e o m e t r i cm o d e l ”3 7 3 4 3f e mm o d e l 3 8 3 4 4i k s u l t sa n dd i s c u s s i o no fs i m u l a t i o n 3 8 3 4 4 1p r e s s u r ep r o f i l e s 3 8 3 4 4 2o 哪u l a t e dm a x i m u mt e n s i l e r a t ed i s t r i b u t i o n ”4 0 3 5s l l l n m a 巧”4 2 x 4 3 1 1s a 、t o o m s h 印e de l e m e n t q ， 4 3 1 2 鼬l e a d i n 分l i k ed i s c ”) l 4 3 2e l o n g a 【t i o r 曲t 、) i ，i ns c r e we l e m e n t ) o 4 3 2 1e x p e r i r n e n t a jr e s u ha i l a l y s i s ”) o 4 3 2 2c o m p a r i s o no fe x l 婶r i r n e n ta n d s i m u l a t i o nr e s u l t s ”， 4 4s u m m a “) y c h a p t e r5c o n c l u s i o n s 一6 1 5 1c o n c l u s i o i l s 6 1 5 2i i l i l o v a t i o na 1 1 dc o n t r i b u t i o n 6 2 5 3f 曲m ew o r k 6 2 r e f e r e n c e s 6 3 a c l 【l l o w l e d g e m e n t s 6 7 p u b l i c a t i o n s 6 9 b i o g r a p h i c a ls l t c h 7 1 x l 第一章文献综述 第一章文献综述 1 1 啮合同向双螺杆挤出机概述 2 0 世纪3 0 年代后期，意大利人r o b e r t oc o l o m b o 研制出了世界上首个用于聚合物 加工的同向双螺杆挤出机【l 】。自从啮合同向双螺杆挤出机问世到现在，为了满足聚合 物的加工要求，人们不断地对其进行研究和改进。作为种连续混合设备，啮合同向 双螺杆挤出机由于其优良的特性而被广泛用于聚合物的共混改性、填充改性、增强改 性以及反应挤出。啮合同向双螺杆挤出机具有以下优良特性【2 一”：( 1 ) 积木式的螺杆元 件和机筒的组合形式使其具有多变性和适应性，可以根据聚合物加工的实际要求，任 意选择螺杆元件和( 或) 机筒的组合形式；( 2 ) 物料的停留时间可控，满足了不同物料混 合工艺要求；( 3 ) 计量加料方式使其对加料量可控，同时由于其多变的机筒组合形式使 加料的形式不至于单一，可以根据实际要求进行多路加料；( 4 ) 良好的排气性能和优良 的脱挥能力；( 5 ) 由于两根螺杆之间径向间隙很小，加之啮合区方向相反的螺杆转速使 其旋转时螺杆相互刮擦，所以具有良好的自清洁性能。 啮合同向双螺杆挤出过程主要包括固体输送、熔融、熔体输送以及混合四个阶段， 不同于单螺杆挤出机，双螺杆挤出机由于操作变量多而使其挤出过程非常复杂。在对 挤出过程的研究中，熔体输送和混合的研究内容较多，之所以把混合的研究作为重点， 是因为啮合同向双螺杆挤出机主要用于聚合物改性，对混合的研究主要是通过实验手 段进行【l l 。为了改进和完善啮合同向双螺杆挤出机对熔融物料的输送和混合性能，人 们设计出各种新型机筒和螺杆元件，如：剖分机筒和可视化机筒【兀、齿型盘元件f 8 一、 s 型元件、六棱柱元件等，以满足聚合物改性和加工要求。 1 2 啮合同向双螺杆挤出机混合理论的研究现状 现代科学技术的迅速发展对高分子材料提出了许多综合性能的要求。材料的耐高 温性能、高强度、良好的韧性以及优良的力学性能等等，都是在实际应用过程中所必 须考虑的问题。由于单一聚合物不可能满足人们对于材料诸多性能的要求，所以研究 人员采用两种或两种以上的材料进行共混，消除单一聚合物组分性能上的缺陷，以实 现最终制品的高性能要求。 物料在啮合同向双螺杆挤出机中的混合受诸多因素的影响，其中加工工艺和物料 配方起着至关重要的作用。t l o z a i l o 【1 0 】等人将碳酸钙填充聚丙烯作为模型来研究填料 在基体中的分散情况。在双螺杆挤出机中，通过应用几种不同构型的螺杆元件来评估 分散混合效果。研究表明，反向捏合块元件可以使团聚体更好地得到分散，因而可以 北京化t 人学硕+ i ：学位论义 实现更好的分散混合。l i m 【】等人在同向双螺杆挤出机中将增容剂对聚乙烯尼龙 6 ( p e p a 6 ) 相态结构的影响进行了研究。采用不同的螺杆构型进行实验，通过骤冷机 筒的方式观察不同螺杆构型下挤出试样的相态结构，发现捏合块对共混物的相态结构 具有重要的影响，捏合盘数量的增加促进了分散混合。1 酞e s mi s k k a w a 【1 2 】等人通过应 用有限元方法对双螺杆挤出机中的三维非牛顿、非等温流场进行了分析，对常规螺纹 元件、捏合块元件以及其它不同螺杆构型的元件进行了模拟分析，通过应用示踪粒子 来分析评价螺杆元件的混合性能。研究结果表明：捏合盘错列角和捏合盘的数量决定 了整体的压力梯度；螺杆元件的组合构型对整体的温度分布有很大的影响，反向捏合 块的存在使温度有所增加：反向捏合块对促进分散混合更加有效。周新剥1 3 】研究了双 螺杆挤出过程熔体输送段捏合盘错列角对不相容体系共混物相态结构的影响。采用扫 描电子显微镜考察了高密度聚乙烯( h d p e ) 和聚苯乙烯( p s ) 的共混物在熔体输送段末 端位置和机头末端所取试样的相态结构。刘青烽4 j 利用p o l y f l o w 软件对同向双螺 杆挤出过程不同螺杆组合的流道进行了三维等温非牛顿流场模拟，结果表明：反向捏 合盘元件的分布混合性能和分散混合性能均高于正向螺纹元件和正向捏合盘元件，正 向螺纹元件的分散混合能力和分布混合能力均弱于捏合盘元件。 为了对混合阶段具体情况进行更加细致地研究，研究人员还借助了各种手段对混 合过程进行分析，同时还考察了聚合物的特性、不同物料配比、螺杆转速、加料方式 以及其他操作条件对混合的影响。h p o t e n t e 【1 5 】等人对改善聚合物性能的无机粒子在 聚合物中的分散过程进行了研究，建立了分散混合过程中的物理数学模型，指出粘附 力的作用使粉末添加剂趋向于集聚，因此为了使无机粒子均匀地分散到聚合物中，需 要将集聚的固体微团破坏打碎。研究人员详细地阐述了分散混合过程的集聚、破碎以 及剥蚀现象的物理模型，并且将这一模型应用到同向双螺杆挤出机中进行验证，很好 地对固相团的破碎机理进行了分析。研究结果表明：所建立的物理数学模型可以很好 地说明实验结果。m i c h e l a h u i l e a u l t 【1 6 j 等人应用啮合同向双螺杆挤出机研究了以聚丙 烯为基体，聚乙烯与聚丙烯的分散混合情况。通过观察最终挤出试样少组分的分散情 况来判断分散混合质量的好坏。研究表明：两种聚合物的粘度比是影响其分散混合的 主要因素。同时研究人员还将螺杆转速和加料位置对聚乙烯和聚丙烯的分散混合的影 响进行了研究，结果表明：增加螺杆转速更加有利于分散混合。s u s a n 【1 7 】等人对不同 配比的聚苯乙烯聚丁二烯( p s p b ) 共混物的相态结构进行研究，将配比为3 0 7 0 的 p s p b 相态结构在整个加工过程进行了量化分析，从相态开始变化进行计时，分散相 的相态结构在温度为l8 0 ，螺杆转速为6 0 r m i n ，混合时间在8 m i n 后出现最小的微 粒直径，研究表明，共混物的相态结构对力学性能产生很大的影响。b ou r 】眄【1 3 】研究了 不同加料方式对p s h d p e 共混体系相态结构的影响，考察了共混物中分散相粒径大 小及其分布与加料方式的关系。杨海波【i 叼o 】用有限元方法对啮合同向双螺杆挤出机的 螺纹元件流场进行了三维等温非牛顿模拟分析，用物料三维流动路径结合分散模型计 2 第一章文献综述 算了螺纹元件出口处分散相液滴的直径。分析了螺杆转速、挤出机产量和液滴初始直 径对末端分散相液滴直径的影响。结果表明：当液滴初始直径较大时，提高螺杆转速 和降低挤出机产量可以提高混合物的混合效果。卜海涛1 2 i j 等人对p p 纳米c a c 0 3 填充 体系在不同强度拉伸流场下的分散混合效果进行了研究，研究表明：经拉伸流场分散 混合后，填充体系中大部分的纳米c a c 0 3 以原生粒子形态存在，且形成的p 晶型对 提高填充体系的韧性起到积极的作用；经拉伸流场分散混合后的填充体系，其拉伸强 度及断裂伸长率都得到较大的提高。 1 3 新型螺杆元件的研究现状 随着对啮合同向双螺杆挤出机的深入研究和不断应用，人们逐渐发现现有的常规 螺纹元件和捏合盘元件的混合效果已经不能满足所有物料的加工要求。例如，不同物 料需要螺杆元件施加的剪切作用差别很大，有的物料在混合过程中需要经过更多的分 流、合并和置换，同时通过研究发现，拉伸流动对促进物料的分散混合非常有效。所 以，目前需要开发出促进拉伸作用、增强分散混合效果、柔和剪切以及压力控制等不 同功能的螺杆元件。为了满足不同物料的加工要求，近年来国内外的专家学者在常规 螺纹元件和捏合盘元件的基础上开发了许多新型螺杆元件，如：六棱柱元件、齿型盘 元件、s 型元件、非啮合多过程元件、变间隙转子元件、螺棱开槽的螺纹元件1 2 2 j 以及 f a m m e 【2 3 】( f a r r e la s 如啪e 仃i cm o d u l a rm i x i n ge l e m e n t s ) 等等。 1 3 1 剪切元件 1 3 1 1 捏合盘元件 捏合盘元件能够提供高剪切，具有良好的分布混合和分散混合性能