差速双螺杆挤出机流场分析.pdf

第41卷第4期
塑料工业
2013年4月
CHINA PLASTICS INDUSTRY
成型加?
与设备
差速双螺杄挤出机流场分析
王克俭,郭冰
(北京化工大学高分子材料加工装备教育部工程研究中心成型制造研究中心,北京100029
摘要:应用 Polyflow软件对差速双螺杆挤出机螺槽内流动进行了模拟分析。差速比增大使轴向混合效果增强(体
现在剪切速率、拉伸速率以及混合指数的平均值增大),横断面内剪切速率和拉伸速率变化范围减小。
关键词:差速双螺杄挤出机;流动;混合; POLYFLOW模拟
DOI:10.3969/j-iss.1005-5770.2013.04.010
中图分类号:TQ320.663
文献标识码:A
文章编号:1005-5770(2013)04-0037-04
Flow Analysis in Differential Twin Screw Extruder
WANG Ke-jian, GUO Bing
Research Center of Molding Processes, Education Ministry Engineering Center of Polymer Processing
Equipments, Beijing Institute of Chemical Technology, Beijing 100029, hina)
Abstract Flow and mixing effect were analyzed by Polyflow simulation for differential twin screw
extruder. Differential ratios increased the axis mixing effect (which revealed in the shear rate, tensile rate
and the average values of mixing index ) The results showed that mixing in axis became better. the shear rate
and stretch rate varied to smaller content in cross-plane
Keywords: Differential Twin Serew Extruder; Flow; Mixing; Polyflow Simulation
塑化和混炼的效果直接决定了高分子材料制品性体。边界条件是:机筒内壁和螺杄表面无滑移;机筒
能。至今,塑化和混炼场的强化已有多方面技术:单螺壁面静止,螺纹元件沿各自的轴线旋转;人口体积流
杆挤出机采用屏障型等螺杅、双螺杄挤出机采用六棱柱率5×103m/s,出口压力为5x106MPa。由 Cross
元件等加速熔融増强混合;料筒采用开直槽或螺旋槽来模型η=η。/[1+(Ay]“")给出高密度聚乙烯
增大输送效率;将周期性振动引人加工过程;发展叶片(HDPE)熔体表观黏度与剪切速率之间的关系。零
式挤出机等强拉伸场效应或采用锥形螺杄提高压缩性剪切黏度η。=1500Pa?s;松弛时间A=5.5s;幂
能。近年来,差速双螺杆捏合机或挤出机(DISE)逐律指数n=0.34;密度p=960kg/m。
渐受到重视叫。由日本IST公司发展了AP型捏合机,
表]三种模型的几何参数对比
两根螺杄差速比4:1,成功用于粉体工程,因滞料问题
Tab 1 Geometrical parameters for three models
在高黏度物料加工中受到限制。重庆大学优化分析了差
差速比阳转子阴转子阳转子转速阴转子转速
头数
头数
/r?min-/r?min-
速双螺杆捏合机的型线参数?。实际上,聚合物熔体在
其中的流动特性研究很少。本文对不同差速比差速双螺
杅挤出机的流场及混合进行模拟分析。
5
12
1仿真参数
将螺杄端面划分网格,见图1。
模拟分析差速比5:1、4:1、3:1的差速双螺杆,
螺杄外径为120mm,底径为70m,中心距97mm,
机筒内壁与螺杄间隙为1m。其他几何参数见表1。
假设:①高聚物熔体为 Cross y流体;②流动为稳
定流动;③流场为等温流场;④熔体为不可压缩流
b-4:1
国家自然基金(51073021),教育部新世纪人オ计划和北京市优秀人才计划项目
作者简介:王克俭,男,1971年生,博导,从事塑料加工原理、机械及应用研究。wangka@mail.buct.edu.cn
料工业
2013年
付于纯拉伸流动λ=1。图4为旋转不同角度时混合
指数分布的等值线图。大于0.7混合指数出现在阳转
子表面与料筒的中间位置和阴阳转子的啮合区处。当
物料从小间隙运动到大间隙处的楔形流动具有明显的
拉伸效应,而在腔室面积减小的区域存在反拉伸作用
图1不同差速比的差速双螺杄网格划分图
却压缩作用,拉伸和压缩对混合的进行都十分有利。
Fig. 1 Grid meshing for differential twin screws
0.935
0.U00
6).4!6
图2差速比5:1和4:1及3:的双螺杄构型
Fig 2 Twin screws'configurations for differential ratio
0.828
3:1、4:1land5:l
2流场分析
2.1压力和剪切速率分布
3.!77x10°
2.661x]°
5×t
图4转子不同角度时的混合指数等值线
1,629x30
3×0°
Fig 4 Mixing index curves of rotor at different angles
5.964x105
02Lx10°
4.360X10y
下面对流场统计分析表征混合。概率分布函数曲
3417.3U6
线中采用1、3、5s时间切片统计数据进行比较,百
分比函数曲线中采用10%、50%、90%粒子的统计
1954.89
数据进行对比。
1.0
5.000
0.8
b
?3差速比5:1挤出机的压力分布和剪切速率
等值线图
Fig 3 Pressure distribution and shear rate map for 5: 1 DTSE
契0.4
aho-1650%90%取大合数
0.2
dc-10%50%90%泥合#放
图3给出了某瞬时料筒内两转子间压力分布和剪
0.0
切速率分布。两个转子向外异向差速旋转,转子旋转
510152025
时间
正面出现压力增加,而在背面则出现明显的压力下降
的情况。其中物料压力同时也出现周期性的增大或减
图5混合指数时间切片百分比函数
小而受到较强的拉伸或压缩作用,有利于物料混合。
Fig 5 Mixing index percentage function
在棱角项部和阴阳转子啮合处剪切速率最大;由于阴
图5为混合指数及其分布曲线。最大混合指数并
转子螺纹头数为5,因此转子啮合频次要比普通的异不是随着时间一直上升,如90%粒子的最大混合指