密煉機混煉過程的動態(tài)模擬研究.pdf

1、在高分子材料加工的混煉設(shè)備中，密煉機是應(yīng)用最為廣泛的間歇式混煉設(shè)備。密煉機轉(zhuǎn)子作為密煉機的核心部件，一直是人們研究的重點。隨著汽車工業(yè)及其它各行業(yè)的快速發(fā)展，尤其在節(jié)能和效率方面更高標準的提出，對密煉機的性能也提出了更高的要求。由于密煉機混煉過程十分復雜，過去人們開發(fā)一種新型轉(zhuǎn)子或密煉機的某個部件或進行配方設(shè)計或改進加工工藝，需花費大量的人力和物力，才能得出結(jié)論?，F(xiàn)在人們利用三維軟件可設(shè)計新型轉(zhuǎn)子或者新研發(fā)的密煉機，然后利用有限面分析軟

2、件，可在計算機上模擬各種不同條件的混煉過程，指導新型轉(zhuǎn)子的研發(fā)乃至整臺密煉機的設(shè)計，從而縮短了新產(chǎn)品的研發(fā)時間。
　　 本文以密煉機的工作原理為基礎(chǔ)，運用專業(yè)流體軟件動態(tài)模擬了密煉機不同轉(zhuǎn)子構(gòu)型的流場，分析流場各個參數(shù)的變化規(guī)律以及對膠料分散混合的影響。首先從黏性流體角度出發(fā)，運用專業(yè)黏彈性流體軟件對其不同轉(zhuǎn)子構(gòu)型的膠料的三維等溫非牛頓流場進行了動態(tài)模擬，通過各個參數(shù)的分析與研究，得出了各個參數(shù)隨時間的動態(tài)變化規(guī)律。再在流場模擬

3、結(jié)果的基礎(chǔ)上，又進行了混合任務(wù)的模擬，并運用數(shù)學統(tǒng)計學對流場的參數(shù)進行統(tǒng)計分析，表征了膠料的混合分散情況。根據(jù)模擬分析結(jié)果，得出了不同轉(zhuǎn)子構(gòu)型流場的優(yōu)缺點，來為設(shè)計效率更高的密煉機轉(zhuǎn)子構(gòu)型提供理論依據(jù)。
　　 通過對四棱異步、四棱同步、嚙合轉(zhuǎn)子以及八棱同步各個流場參數(shù)的分析對比，得到以下結(jié)論：
　　 1.轉(zhuǎn)子混煉過程的流場中，轉(zhuǎn)子螺棱的推進面有一個高壓區(qū)域，而螺棱的背面有一個低壓區(qū)域。同步轉(zhuǎn)子所產(chǎn)生的壓力差最大，異步轉(zhuǎn)子

4、次之，嚙合轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的壓力差最小。
　　 2.膠料的軸向運動可以促使不同截面的膠料進行混合，這有利于膠料的分布混煉，其中四棱同步轉(zhuǎn)子和嚙合轉(zhuǎn)子流場的膠料軸向流動流速最快；八棱同步轉(zhuǎn)子次之；而異步轉(zhuǎn)子流場最差。并且這種軸向流動使膠料在轉(zhuǎn)子兩端具有規(guī)律的來回運動，四棱同步轉(zhuǎn)子的軸向流動周期為1s，嚙合轉(zhuǎn)子的軸向流動周期為1s，八棱同步轉(zhuǎn)子的軸向流動周期為0.5s，異步轉(zhuǎn)子的軸向流動比較混亂。
　　 3.每一種轉(zhuǎn)子構(gòu)型流場的剪切

5、速率概率函數(shù)隨時間變化不大，也就是說每一個時間點，加入到密煉室內(nèi)的具有同剪切速率范圍的粒子比例大致相同；而最大剪切速率的概率是時間的方程，也就是隨著時間的增加，達到最大剪切速率的粒子在不斷增加，說明隨著混合的進行，更多粒子經(jīng)歷了更高的剪切速率。而膠料受到的總剪切速率隨著時間的變化而變化，不同轉(zhuǎn)子構(gòu)型流場的總剪切速率不同，其中八棱同步和四棱同步轉(zhuǎn)子流場的總剪切速率最高，嚙合最小，說明同步轉(zhuǎn)子的剪切作用比其他轉(zhuǎn)子構(gòu)型要強，對物料的粉碎作用也

6、較強，即對分散混煉有利。
　　 4.不同的轉(zhuǎn)子構(gòu)型以及不同的轉(zhuǎn)速形成密煉機流場中剪切流動和拉伸流動所占比例不同，正是這種比例不同造成其混合指數(shù)也不同。從混合指數(shù)概率函數(shù)曲線可以得出，剪切型轉(zhuǎn)子流場中的每一時刻，處于弱剪切流場的粒子普遍小于40％，處于拉伸流動的粒子大約5％；而嚙合型轉(zhuǎn)子流場中的每一時刻，處于弱剪切流場的粒子普遍大于40％，而處于拉伸流動的粒子相對較多。并由最大混合指數(shù)概率函數(shù)曲線得出，八棱同步轉(zhuǎn)子流場的混合指數(shù)普