差速啮合转子混合设备研制
为了研究差速啮合转子混合器的均化塑炼效果，本文开展了差速啮合转子混合设备的研制。基于双转子啮合的特点，运用相对运动法建立统一型线方程，并设计多种差速元件，利用有限元方法分析差速元件的流场特点及混合效果，搭建混合器的实验台，研究差速混合器的混合效果。本研究主要内容包括： ⑴利用流变仪测得高密度聚乙烯的本构方程参数。通过数值手段分析整个流场及关键监测点的剪切速率和压力变化规律，得到转子与料腔内壁面之间的较佳间隙值为0.3mm。选择分散准数、剪切速率和分离尺度三个表征量，对比差速比分别为2∶1、4∶1和5∶2的异向啮合转子二维截面的混合效能，得到转子差速比为2∶1时混合效能较好的结论。选择停留时间，分散准数、剪切速率和剪切应力的最大值为表征量，对比差速比分别为-3∶1和3∶1转子的混合效果，得到结论:异向差速螺旋转子的分布能力好于同向差速螺旋转子，但分散效果不佳;同向差速捏合块的分布效果和拉伸性能更好，但剪切效果比异向差速捏合块差。数值分析差速比4∶1螺旋转子的挤出产量及时间分布，得到转速与流量线性相关且低转速下分布效果好的结论。 ⑵搭建差速双转子挤出机实验台。设计了差速比为4∶1的螺旋转子，选择驱动电机和变频器，设计齿轮减速箱和圆柱口模。不同转速与物料体系下，挤出产量、出口压力分别与转速线性相关。利用示踪颗粒法发现高转速下物料的最小停留时间过短，对分布混合不利。物料粘度高造成出口压力波动大，挤出产量不稳定。完成差速直横截面转子混合器实验台的搭建，设计出差速比分别为3∶2和5∶2的转子，转速比可调式减速箱和料腔。给出物料在不同转子转速下的扭矩曲线。高转速下曲线加料峰和塑化峰提前，且对应扭矩值更大。通过扭矩平衡值、扭矩最大值及对应时间点的对比分析，得出3∶2转子混合效果较好的结论。通过观察不同采集时间点样品的外观，分析物料混合过程。利用偏光显微镜从微观角度观察样品的混合效果。 ⑶设计出不等径差速转子混合器、星型差速转子混合器和行星差速转子混合器，并给出传动装置的设计方案。利用数值手段分析差速比分别为-3∶1和3∶1转子混合器截面的混合行为，得到结论为:无论哪种啮合方向的差速转子混合器，同向差速转子混合器的分布效果好于异向差速转子混合器，但分散效果不佳。设计行星差速转子混合器时，通过建立正多边形模型，给出转子的差速比与多边形边数之间的关系，实现转子的周向正确啮合。
塑料加工;挤出成型;双转子挤出机;差速啮合
北京化工大学
硕士
机械工程
王克俭
2015
中文
TQ320.663;TQ320.52
115
2015-12-29（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）