高聚物成型加工技术及设备研究二

2007/8/10 15:04:24

三　　１、同向平行双螺杆混炼挤出机　　同向平行排气式双螺杆混炼挤出机作为大型石化企业下游工序和制取高分子合金材料的重要装备，可以用于以下四个方面：①对含一定水份，溶剂和单体的物料直接进行清洗、凝固、挤压、脱水干燥和造粒；②对含有各种添加剂的聚合物进行填充、共混、增强、排气、脱挥、着色、均化和造粒；③对粉末涂料、色母料、催化剂、油漆、食品、纸浆等进行分散混合；④特种物料的混合与成型。　　国际上生产同向平行双螺杆挤出机的著名厂家Werner & Pfeiderer（简称WP）公司自1953年应用R.Erdmenger等人成果生产出ZSK系列商用机以来，同向平行双螺杆挤出机的发展大致分为六个阶段（又称六个代）。九十年代末研制出来的第六代最新机型，主要特征为超高扭矩、超高转速、多功能、低能耗和高耐磨。扭矩系数达到11.4，比第五代提高了30%，螺杆最高转速为1200rpm，中小型机可达到1800rpm。螺杆的最大长径比从传统的1：48提高到1：62。　　第六代双螺杆挤出机的研究成功，从某一侧面反映了发达国家的高聚物混炼加工技术及其装备研究领域的最新成就。由于螺杆转速的提高也带来下列问题：　　（1）物料在螺杆内的停留时间减少，导致混炼不足；　　（2）高粘度物料容易升温、易分解；　　（3）机筒、螺杆易磨损；　　（4）辅助机械和连动装置的速度和精度要求提高；　　（5）螺杆要进行优化组合；　　（6）混合性能的提高、工艺条件设定要借助于CAE技术的帮助；　　（7）必须采用熔体齿轮泵挤出机解决高速引起的压力波动。　　针对高速化带来的七个方面的问题，我们进行了如下六方面的工作：　　a. 理论研究　　（1）剖析双螺杆挤出机的四大技术难点：啮合机理、混合性能、排气效果、挤出能力；　　（2）建立了双螺杆流场分析的数学物理模型：应用四大基础方程（连续性方程、运动方程、能量方程、本构方程）求解了物料在双螺杆挤出机内的速度场、压力场、粘度场、流线、温度场的分布；　　（3）采用AME技术实现了螺杆几何造型的动态显示；　　（4）运用系统工程原理对不同功能段螺纹元件进行了特殊设计和优化组合，每套机型配置了１８种螺纹元件、四大类螺纹元件优化组合形式；　　（5）用二次优化的计算方法，对物料在机头流道内的流动状态进行计算机模拟和优化计算；　　（6）用粘弹性流体有限元法对高聚物在复合机头流道内的三维非等温流动进行数值计算；　　（7）排气机理研究：　　(a) 建立气泡形成、生长、扩散、破碎过程的物理模型；　　(b) 分析气泡形成条件和加速气泡破碎的因素；　　(c) 研究加入物料、挥发物含量、螺纹元件几何参数以及组合形式对脱挥效率的影响。　　（8）用激光散斑法测定推力轴承微变形量和压力分布状况，并用三维有限元法对主要受力元件进行力学计算，实现了串列式推力轴承组国产化。　　b. 结构机理研究　　对机组的塑化系统、传动系统、机头、止推轴承组、快速更换滤网装置以及水环切粒装置等六个核心部件进行了研究， "组合式推力轴承组"、"双圆柱螺杆挤出机的双对齿轮啮合传动装置"、"直角式带过滤筒的挤出机头"、"一种过滤网快换装置"等四项技术分别获得了国家专利。　　c. 拓宽功能与应用领域的研究　　(1) 成功地实现了若干种对国防和经济建设有重要作用的特殊材料诸如火炸药、电炭、电极材料、氟塑料的混炼和挤出成形；　　(2) 实现了含70%重晶石粉，EVA物料宽幅板材（板宽1.4m厚3~6mm）一次法挤出成形；　　(3) 利用三级排气技术对溶剂含量70%的粘合剂进行脱挥处理，使挤出物的溶剂含量<0.2%；　　(4) 对高粘度的LLDPE阻燃料实现低温挤出，当无机填料含量为60～70%时仍能均匀分散混合；　　(5) 采用L/D为48长径比，对含70%淀粉的PE降解料和交联聚乙烯进行挤出造粒；　　(6) 用双螺杆挤出机实现了对环保型塑木复合材料托盘的一步法挤出成型；（待续）

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