关于双螺杆挤出机的各能的实验的开展方法1.doc

有关双螺杆捏合机性能实验研究方面的开展方法结合双螺杆捏合机熔融、混合（停留时间分布）、输送、剪切、搅拌、塑化、自清理等方面来综合考虑捏合机的工作特性。一、 塑化熔融啮合同向双螺杆挤出过程聚合物粒料熔融机理研究借助于装有玻璃视窗的可视化双螺杆挤出机7, 对高密度聚乙烯(HDPE) 粒料在不同正向捏合块中与不同操作条件下的熔融过程进行了大量实验研究; 探索操作条件、不同错列角捏合块对聚合物粒料熔融过程的影响, 并在此基础上总结出了其熔融过程的典型机理; 为啮合同向双螺杆挤出过程熔融段的螺杆构型、操作条件下的选择提供可靠的依据。1 实验设备德国产Leistritz双螺杆挤出机( 型号:LSM30, 34)及自行研制的装有玻璃视窗的可视化双螺杆挤出机( 以下简称视窗可视化挤出机) 。2实验物料高密度聚乙烯( HDPE) , 牌号5000S, 中国石化大庆石油化工总厂生产。3实验机筒螺杆组合实验中机筒螺杆的组合方式见图1。为对比研究聚合物颗粒在不同正向捏合块中的熔融过程, 在其下游安装相同的反向捏合块。表1中符号KB7/ 52. 5/ 30 (R) 的含义是: 由7片捏合盘组成, 总厚度为52. 5mm( 即每片捏合盘厚度为7. 5mm) , 错列角为30 的捏合块; ( R) 表示为反向( 即左旋元件) ; 符号SE45/ 120的含义是导程为45mm长度为120mm的螺纹元件, 其他符号可类推。图1中的Tm为熔体温度测试点位置。机筒共四节, 第一节为加料口, 第二到第四节为装有玻璃视窗的可视化机筒。机筒温度设定: T1=T2= T3=200C4 实验内容与讨论然后通过在不同的操作条件下，如加料量与螺杆转速来研究对机筒中粒料熔融的影响。根据高密度聚乙烯(HDPE) 的固体颗粒与熔体间透明度的差异,即聚乙烯熔体几乎为全透明, 而聚乙烯留残固相为乳白色, 在视窗可视化双螺杆挤出机的视窗可以直观、动态地研究聚乙烯颗粒的熔融状态、螺槽的充满程度与充满长度等。振动诱导单螺杆挤出机熔融过程实验研究利用剖分式料筒振动诱导单螺杆挤出机以及透明料筒振动诱导单螺杆挤出机对振动力场作用下的熔融过程进行了可视化实验研究, 获得了熔融过程的固体床宽度分布曲线; 对比了不同振动参数条件下的熔融长度与无振动条件下的熔融长度。实验结果表明, 振动的引入可加快熔融进程, 缩短熔融长度。对应不同的材料, 不同的螺杆转速、料筒温度设置等工艺条件存在一个振动强度范围, 在此范围内随着振动强度的增加, 熔融速度进一步加快。振动诱导单螺杆挤出机中, 螺杆在原有的稳定转速上还叠加了正弦形式的轴向速度, 螺杆做脉动旋转 1, 2, 从而将振动引入挤出塑化全过程。熔融过程是挤出过程的重要阶段, 直接决定挤出机性能和制品质量。1原材料低密度聚乙烯( LDPE) : 牌号951-050, 广东茂名石化乙烯工业公司。2 实验设备实验设备采用自制的剖分式料筒振动诱导单螺杆挤出机。该装置借助螺杆轴向电磁激振装置产生螺杆的轴向振动。该实验装置加料段料筒, 轴向未开槽,为自然进料。剖分料筒挤出机螺杆直径20mm, 螺旋角17.65, 压缩段起始螺槽深度3.2mm, 压缩段结束螺槽深度1.1mm, 压缩段轴向长度120mm, 螺槽宽度17mm, 螺棱宽度2mm。在料筒上对应螺杆压缩段起始与结束位置以及模头设置压力传感器。3 实验步骤静态可视化实验步骤：将实验物料与少量炭黑混合; 设螺杆转速为60r/ min, 设压缩段、计量段和模头的温度分别为140、180 和170 ; 设定激振频率及振幅( 对稳态挤出则省略此步) ; 待挤出稳定后, 采集并保存压力数据; 停机, 并快速冷却, 打开料筒, 取出物料。将物料沿垂直于螺槽方向切片。测量固体床面积与螺槽横截面积的比值, 获取固体床分布曲线。4 结果与讨论可视化实验结果表明, 振动的引入可加快熔融进程, 缩短熔融长度。对应不同的材料, 不同的螺杆转速、料筒温度设置等工艺条件存在一个振动强度范围, 在此范围内随着振动强度的增加, 熔融速度进一步加快。二、混合利用一种新型啮合型异向旋转双螺杆捏合机对两种不同物料的混合效果进行研究，可以通过挤出带示踪剂的混合物和测定标准试样中结块的数目和尺寸，用显微镜来评价分散情况。同时可采用可视化实验装置，即通过在机筒啮合区位置上方增加玻璃视窗来观察其混合过程，然后结合数值仿真来模拟这一过程。电磁动态双螺杆挤出机的研制将振动力场引入平行异向双螺杆挤出机中, 研制一种新型机筒剖分式电磁动态双螺杆挤出机实验样机。并进行静态可视化实验研究，最后通过扫描电镜的分析表明了振动力场可以有效地强化体系的分布、分散混合效果。电磁动态加工方法的关键技术之一是通过主副绕组产生的脉动磁场而引发特殊电机的转子产生周向脉动旋转及可调的轴向振动, 将轴向振动和周向脉动引入到聚合物加工的螺杆上, 使传统的稳态过程转变为周期性的动态过程。1 边界条件施加方式如图所示。为了打破边界运动的对称性, 使轴向与周向振动的频率与振幅不同, 而且两根螺杆轴向振动之间、轴向与周向振动之间的相位均可调。螺杆轴向振动为: 振幅S0A, 频率fA, 相位差。轴向振动速度的表达式为螺杆周向振动的振幅与频率可通过挤出压力采样来表征。即周向振动速度的表达式为上式中: fC 为螺杆周向振动频率, 为与轴向振动的相位差, R为螺杆外径。2 实验样机的研制实验样机为啮合型平行异向双螺杆挤出机, 包括了完整的驱动、挤压、温控、排气、加料及电气控制系统。采用新型电磁动态特殊电机, 该种电机能够实现转动驱动并可激发可调振幅、频率的轴向、周向振动。驱动装置由两台特殊电机共同完成, 利用变频技术控制转速和振动参数组合, 首次实现了两根螺杆振动控制的分离。3混合效果实验研究与结果为揭示振动力场对分布混合、分散混合效果的影响, 我们选取CaCO3 重量百分比为10%的LDPE/ CaCO3 挤出圆口模料条的液氮脆断断面进行SEM照片观察。通过比较在稳态条件下与施加振动力场后两种操作条件下的挤出圆口模料条的液氮脆断断面可知如下结论： 根据混沌混合原理研制