对双螺杆挤出机的模拟研究

1．前言1.1研究目的啮合同向双螺杆挤出机是应用最广泛的聚合物加工设备之一,由于其具有优异的混合性能,很强的适应性及良好的自洁性能而被广泛应用于聚合物的物理改性———共混、填充,增强及成型制品[1 ] 。

为了适应各种聚合物材料的加工要求并解决混炼过程中存在的问题,近年来世界著名的同向双螺杆挤出机厂家和双螺杆挤出机研究者们对其挤出系统中的混炼元件进行了重点的研究并开发出了一些典型的新型混炼元件。

如德国WP 公司开发出的具有特殊几何形状的RGS 元件、L GS 元件、Schaufel 元件和美国Far2rel 公司开发出的FAMME 混炼元件[2 ] 。

本研究小组的金月富设计了一种新型元件———S 型元件[3 ] ,这种元件借鉴了FAMME 的设计思路,即采用了FAMME 大的螺棱间隙、小螺棱夹角,引入了双楔形区(螺棱拖曳面和机筒内壁之间的楔形区、啮合区内两螺棱之间的楔形区) 内的拉伸流动和螺槽区内物料松弛等概念,从而设计出一种端面形状类似于英文字母S 的元件。

这种设计加大了螺杆与机筒之间的间隙,增加了物料在挤出机流道内的周向流动和轴向回流,使两螺杆间和相邻两螺槽间的物料产生混合;由于物料在流动过程中通过两个楔形区,便受到剪切和拉伸作用;在相对低压区(松弛区) 物料产生松弛,这也有利于混合。

在本研究小组曾分别对S 型元件和捏合块元件流场的理论分析及实验研究的基础上[4 、5 ] ,本文拟对S 型元件和捏合盘块的流场分别进行数值模拟,以分析和比较两种元件的输送特性和混合能力,以供选择使用。

1.2 前人工作四十多年来，化工机械及自动化研究设计院在科研开发中取得了在科研开发过程中取得了丰硕的科研成果，共获重大科技成果346项，其中获全国科学大会奖、国家发明奖和国家科技进步奖19项。

获部、省级科技进步奖61项。

获国内专利授权16项、获美国专利1项。

于1965年兰泰公司作为化工部化工机械及自动化研究设计院的下属科研生产机构，承担国家大型技术攻关项目的科研主体，即开始从事同向双螺杆挤出机的研究开发工作，是国内同行业历史最悠久、专业最齐全，技术积累最雄厚，研究开发实力最强的科研制造实体。

C-P-001同向旋转双螺杆挤出过程的模拟软件的开发与研究1陈合玉，俞炜，周持兴上海交通大学高分子科学与工程系，流变学研究所，上海，200240关键词：双螺杆挤出机，一维模型，软件双螺杆挤出机在共混、反应挤出等领域得到了广泛的应用。

双螺杆挤出机加工过程的内部流场非常复杂，较多的影响参数以及参数之间的相互作用，增加确定挤出过程最优条件的难度。

这使得能够对双螺杆挤出机整个挤出过程进行模拟的软件具有重要的意义。

国外的研究工作已经开发出商业模拟软件，如 Ludovic 等。

但是在国内这些软件的开发研究工作仍处于起步状态。

[1-3]本文通过对双螺杆挤出机不同螺杆单元中流体的本构方程推导得到流体速度方程，进一步求的该螺杆单元的压力差、温度差、剪切速率、流体的黏度等。

将每个螺杆单元的模型根据实验中双螺杆挤出机螺杆的排布嵌入到模拟程序中，模拟的流程如图示：Fig. 1 Global algorithm of computing the flow fields in intermeshing co-rotating twin screw extruders通过该模拟程序可以得到整个挤出过程的温度分布、压力分布、剪切速率、黏度、填充率、停留时间分布等。

1 国家自然科学基金资助（50390095）参考文献：[1] B.Vergnes， Polym Eng. Sci，1998，38：1781[2] D.B.Todd，Polym Eng. Sci，1975，15：437[3] P.J.Kim， J.L.White，Polym Eng. Sci，1994，9：108Computer Simulation Software for Polymer Flows in Co-rotatingTwin Screw ExtruderHeyu Chen ，Wei Yu， Chixing ZhouDepartment of Polymer Science & Engineering , Shanghai Jiao Tong University ,Shanghai200240Abstract：A global computer model for co rotating twin screw extruders is proposed. It allows one to obtain, for any screw profile including right-and left-handed screw elements and kneading blocks the profile along the screws of main flow variables, such as pressure distribution, temperature distribution, RTD, filling ratio, shear rate, viscosity.Key Words:twin screw extruder, 1D models, software。

目录1概述-----------------------------------1 2同向平行双螺杆挤出机的分类-------------1 2·1基本分类-------------------12·2组合分类-------------------23主要结构及基本原理---------------------2 3·1主要结构-------------------33·2基本原理-------------------44同向平行双螺杆挤出机的优点-------------6 5同向平行双螺杆挤出机的发展趋势---------7 参考文献------------------------------91概述挤出机起源18世纪，英格兰的Joseph Bramah于1795年制造的用于制造无缝铅管的手动活塞式压出机被认为是世界上第一台挤出机。

在挤出机作为一种制造方法的发展过程中，第1次有明确记载的是R.Brooman在1845年申请的用挤出机生产固特波胶电线的专利。

在聚合物加工中首先应用双螺杆挤出机是在20世纪30 年代的意大利, 其标志是Roberto Colombo研制成功了同向双螺杆挤出机Pasquetti研制成功了异向双螺杆挤出机。

现代双螺杆挤出技术是在20 世纪60 年代末至70 年代初随着RPVC制品的发展得以发展的1964年Inning和Zanradnik 申请了己内酞胺在标准组件同向旋转双螺杆挤出机内连续阴离子聚合的专利。

在我国, 双螺杆挤出机的应用大约在20 世纪70 年代初, 到90 年代初发展迅速。

关于最早双螺杆挤出机的设计初衷是为了解决挤出时物料挤出不净的问题，后来在使用和研究的过程中发现双螺杆挤出机的性能在很多方面优于单螺杆挤出机，因此，对于双螺杆的研究是很必要的，下面主要分析同向平行双螺杆挤出机的分类。

2双螺杆挤出机的分类2·1随着双螺杆挤出机的发展，就出现了各种不同样式的双螺杆挤出机，由于所需加工的物料不同，因此需要用不同的螺杆挤出机的形式来进行良好的塑化，保证加工质量。

《无机物-聚合物在双螺杆挤出机共混挤出过程中的数值模拟》篇一无机物-聚合物在双螺杆挤出机共混挤出过程中的数值模拟一、引言随着科技的发展，聚合物及其复合材料在众多领域的应用日益广泛。

在聚合物材料制备过程中，双螺杆挤出机以其高效率、高混合质量等优点被广泛使用。

本文将探讨无机物与聚合物在双螺杆挤出机共混挤出过程中的数值模拟，以揭示其混合过程和混合效果。

二、双螺杆挤出机的工作原理及特点双螺杆挤出机是一种重要的塑料加工设备，其工作原理是通过两个相互啮合的螺杆对物料进行强制输送、剪切、混合和加热。

其主要特点包括：混合效果好、能耗低、加工效率高。

其优势在于适用于不同形态和性能的聚合物的加工和复合，为制造复合材料提供了可靠的途径。

三、无机物与聚合物的共混过程在双螺杆挤出机中，无机物与聚合物的共混过程是一个复杂的物理过程。

首先，无机物和聚合物在螺杆的推动下进入挤出机，然后在剪切力和热能的作用下逐渐混合均匀。

在这个过程中，螺杆的转速、挤出机的温度和压力等因素都会对混合效果产生影响。

四、数值模拟在共混挤出过程中的应用随着计算机技术的发展，数值模拟已成为研究双螺杆挤出机共混挤出过程的重要手段。

通过建立物理模型，对挤出机内部的三维流场、温度场、压力场等进行分析，可以了解无机物与聚合物在挤出过程中的混合行为和混合效果。

此外，数值模拟还可以预测和优化挤出机的性能，为实际生产提供指导。

五、无机物/聚合物共混挤出的数值模拟方法数值模拟方法主要包括有限元法、离散元法和计算流体动力学等。

通过建立准确的物理模型和数学模型，对无机物/聚合物共混挤出的过程进行数值模拟。

可以分析混合过程中的流场分布、温度变化、压力变化等，从而了解混合效果和无机物在聚合物中的分散情况。

六、数值模拟结果分析通过对无机物/聚合物共混挤出的数值模拟结果进行分析，可以得出以下结论：1. 螺杆转速对混合效果有显著影响。

适当提高螺杆转速可以增强剪切力，有利于无机物与聚合物的混合。

双螺杆构型及挤压参数的建模与试验研究双螺杆构型及挤压参数的建模与试验研究摘要：本文以双螺杆挤压机为研究对象，通过建立数学模型，探讨了双螺杆挤压机的构型及挤压参数对挤出过程的影响。

同时进行了实验研究，对比分析了模型与实际的挤压效果，验证了模型的准确性和可行性。

研究结果表明，双螺杆构型及挤压参数对挤压过程起着重要的作用，可以通过调整这些参数来控制产品质量和生产效率。

关键词：双螺杆挤压机；构型；挤压参数；数学模型；实验研究1. 引言双螺杆挤压机作为塑料加工的重要设备之一，在塑料工业中得到了广泛的应用。

挤压过程是通过双螺杆挤压机将熔融的塑料物料挤出成型，受到挤压机的构型及挤压参数的影响。

因此，研究双螺杆挤压机的构型及挤压参数对挤出过程的影响，对于提高产品质量和生产效率具有重要意义。

2. 双螺杆挤压机的构型及工作原理双螺杆挤压机的构型可分为共转双螺杆挤压机和差动双螺杆挤压机两种。

共转双螺杆挤压机的两个螺杆同步旋转，工作原理与单螺杆挤压机类似；差动双螺杆挤压机的两个螺杆差速旋转，其中一个螺杆为主螺杆，另一个为辅螺杆，辅螺杆的转速通常低于主螺杆。

双螺杆挤压机的挤压过程主要有熔融、输送和排出三个阶段。

在熔融阶段，上料装置将塑料颗粒送入双螺杆挤压机，通过螺杆融化，形成熔融塑料。

在输送阶段，熔融塑料被双螺杆挤压机的螺杆转动推送，向模具出口流动。

在排出阶段，挤出塑料经过模具的形状，得到所需的产品。

3. 双螺杆挤压机的建模为了研究双螺杆挤压机的构型及挤压参数对挤出过程的影响，需要建立合适的数学模型。

在建模过程中，考虑到实际生产过程的复杂性，可以采用离散元法和数值模拟方法等较为精确的模拟方法。

通过对挤压机的几何结构、材料参数和运行参数进行描述和建模，可以得到一系列方程表示挤压过程的动态变化规律。

双螺杆挤压机的数学模型包括传热计算模型、流动模型和传输模型等。

传热计算模型用于描述熔融塑料的温度变化规律，流动模型用于描述熔融塑料在螺杆腔中的流动行为，传输模型用于描述熔融塑料的质量传递过程。

啮合同向双螺杆挤出机捏合块组合的研究1. 引言在塑料加工行业中，双螺杆挤出机是一种常见的设备，它通过两个相互啮合的螺杆来将熔融塑料材料推送到模具中，以形成所需的制品。

而捏合块则是双螺杆挤出机中至关重要的组件，它直接影响着挤出过程中的塑料混炼和进料能力。

深入研究啮合同向双螺杆挤出机捏合块组合的特性和技术，对于提高生产效率和产品质量具有重要意义。

2. 啮合原理和技术啮合是指两个同向旋转的齿轮、螺杆或齿条依靠齿面的啮合传递运动和力量的现象。

在双螺杆挤出机中，啮合是螺杆与捏合块之间的重要工作原理，它直接决定了双螺杆挤出机的输送能力和混炼效果。

捏合块则是始终与螺杆啮合接触的部件，它能够有效地改善塑料的均匀混炼和充填性能。

3. 捏合块结构和设计捏合块通常由多个部分组成，包括前后端盖、中心段、螺杆和啮合环。

其中，螺杆是捏合块的主要组成部分，其螺旋结构和螺距对啮合效果和料的混炼起着至关重要的作用。

而啮合环则是捏合块中最重要的部分，它与螺杆啮合紧密，直接影响着挤出机的输送和混炼效果。

4. 啮合同向双螺杆挤出机捏合块的研究现状目前，国内外对于啮合同向双螺杆挤出机捏合块的研究已经取得了一定的进展。

在结构设计上，一些研究着重于改善螺杆表面的涂层材料和几何形状，以降低捏合块与螺杆之间的摩擦力和磨损。

在啮合环的材料选择和制造工艺方面，一些研究则探讨了不同材质的啮合环对塑料挤出性能的影响。

还有研究关注于啮合同向双螺杆挤出机捏合块的热力学模拟和实验验证，以期能够更精准地控制挤出工艺参数。

5. 个人观点和理解就我个人的观点和理解来看，啮合同向双螺杆挤出机捏合块组合的研究是一个综合性课题，需要结合材料科学、机械工程和流体力学等多个领域的知识。

在未来的研究中，我认为可以将纳米材料和增强填料引入捏合块材料设计，以增强耐磨性和热稳定性；也可以通过数值模拟和实验验证相结合的方法，进一步优化捏合块的结构设计和工艺技术。

6. 总结在本文中，我们对啮合同向双螺杆挤出机捏合块组合的研究进行了全面评估。

双螺杆挤出机的传动系统研究的开题报告一、选题的背景和意义双螺杆挤出机作为一种重要的高分子材料加工设备，其应用范围非常广泛，包括塑料、橡胶、化纤、食品、医药等领域，成为现代化生产的重要组成部分。

在双螺杆挤出机中，传动系统对于整个设备的性能和工作效率具有重要作用。

为了提高传动系统的精度和稳定性，保证设备正常运行，对其进行深入的研究和优化非常必要。

二、研究的主要内容和思路本研究的主要内容是双螺杆挤出机传动系统的分析和研究。

采用先进的动力学分析方法和计算机仿真技术，对双螺杆挤出机的传动系统进行建模和仿真，分析其动力学特性和传动机理，并进行优化设计。

1. 传动系统建模：根据双螺杆挤出机的结构特点，利用计算机辅助设计软件进行建模。

选择合适的材料和零部件，考虑传动系统的刚度和稳定性，建立传动系统的数学模型。

2. 仿真分析：根据建立的数学模型，利用ANSYS等先进的有限元分析和动力学仿真软件，对传动系统进行仿真分析。

分析传动系统的负载特性、动态响应和传动效率等。

3. 传动系统优化：根据仿真分析结果，对传动系统进行优化设计。

采用先进的材料和工艺，优化传动系统的结构和布局，提高传动效率和精度，保证设备的正常运行。

三、预期成果和实现途径本研究预期的成果为：深入研究双螺杆挤出机传动系统的动力学特性和传动机理，优化传动系统的结构和布局，提高传动效率和稳定性，为设备的正常运行提供技术支持。

同时，通过本研究的成果，可以为双螺杆挤出机的设计和生产提供参考和依据。

实现途径主要包括：（1）采用先进的动力学分析方法和计算机仿真技术，进行传动系统的建模和仿真；（2）利用先进的材料和工艺，对传动系统进行优化设计；（3）通过实验验证和比较分析，验证传动系统的优化效果和性能提升。

四、研究的难点和挑战双螺杆挤出机传动系统研究中的难点和挑战主要有以下几点：（1）传动系统的复杂度较高，需要建立准确的数学模型；（2）传动系统的运动学和动力学分析较为困难，需要采用先进的计算机仿真技术；（3）传动系统的优化设计需要考虑多个因素和约束，需要综合考虑各种因素和进行平衡；（4）传动系统的实验验证和效果分析需要具备较强的实验技能和数据分析能力。

实验二 pp/pe双螺杆挤出实验目的1. 理解双螺杆挤出机的基本工作原理，学习挤出机的操作方法。

2. 了解聚烯烃挤出的基本程序和参数设置原理。

实验原理在塑料制品的生产过程中，自聚合反应至成行加工前，一般都要经过一个配料混炼环节，以达到改善其使用性能或降低成本等目的。

传统方法是用开炼机和密炼机，但是效率低下，不能满足生产提高的需要，随后便产生了单螺杆挤出机，继而发展了双螺杆挤出机。

双螺杆挤出机具有塑化能力强，挤出效率高，耗能低，混炼效果好，自清洁能力等吸引了塑料行业的注意并取得了迅速发展。

另外挤出机也是塑料生产应用最广泛的机器，使用不同的机头可以挤出不同的产品，如型材、片材、管材和挤出吹膜等。

因而挤出机在塑料加工行业有其它机器无法替代的重要性。

本实验使用双螺杆挤出机挤出物料切粒，是生产色母料的工艺过程，如果在侧喂料口或者将物料与颜料在捏合机中混合加料，挤出的产品则为色母料，另外如果换为其它机头即可用于生产各种相应产品。

同向旋转双螺杆挤出机组的结构与其它挤出设备一样，包括传动部分、挤压部分、加热冷却系统、电气与控制系统及机架等。

由于双螺杆挤出机物料输送原理和单螺杆挤出机不同，通常还有定量加料装置。

鉴于同向双螺杆挤出机在塑料的填充、增强和共混改性方面的应用，为适应所加物料的特点及操作的需要，通常在料筒上都设有排气口及一个以上的侧加料口，同时把螺杆上承担输送、塑化、混合和混炼功能的螺纹制成可根据需要任意组合的块状元件，像糖葫芦一样套装在芯轴上，称为积木组合式螺杆，其整机也称为同向旋转积木组合式双螺杆挤出机。

挤出机的结构包括以下几个部分：(1)传动部分传动部分就是带动螺杆转动的部分，它通常由电动机、减速箱和轴承等组成，在挤出过程中，要求螺杆在一定的转速范围内运转，转速稳定，不随螺秆负荷的变化而变化，以保证制品的质量均匀一致。

为此。

传动部分一般采用交流整流电动机、直流电动机等装置。

(2)加料部分加料部分一般由传动部分、料斗、料筒、螺杆等组成。

双螺杆挤出机分析一、双螺杆挤出机的类型世界上第一台用于热塑性塑料加工的双螺杆机是三十年代在意大利问世的。

六十年代双螺杆机开始飞速发展。

当时人们认识到它在大口径PVC硬管挤出、特殊配混过、双螺杆挤出机的类型工程塑料挤出和干混粉料挤出方面具有很大的优越性。

目前世界各国生产的双螺杆机,大多数都是由互相啮合的二根螺杆在8字形内腔的机筒内旋转。

如按二根螺杆的转向来分,可分为同向型和异向型;如按机器用途来分又可分为普通型和配混型。

此外,还可按照二根螺杆啮合与否、二螺杆轴线交角、啮合间隙大小(全擦式或非全擦式)、压缩比取得的方法等来划分。

二、双螺杆挤出机的特点反向旋转的双螺杆挤出机与单螺杆挤出机或与同向旋转的双螺杆挤出机比较,有以下几个特点:(1)适合硬聚氯乙烯粉料直接挤出成型。

扮料直接挤出成制品,对单螺杆挤出机来说,是比较困难的事,即使使用,产量和质量一般是比较低的;同向旋转的双螺杆挤出机,虽比单螺杆挤出机要好,但世界上目前大多数这种挤出机,还是用粒子料来加工成制品的。

因为同向旋转的双螺杆挤出机在挤压原理上与单螺杆相同,只不过是单螺杆的一个发展。

从螺杆的断面方向看,单螺杆的料流是圆形轨迹移动,而同向双螺杆的料流是沿着8字形的轨迹移动、反向旋转的双螺杆挤出机物料在螺杆内的移动情况则不一样。

啮合混炼的效采好,计量堆确,回流少。

相对单螺杆来说,有更大的长径比,有较大的传热面积。

所以塑化效果好。

同时辛辛纳蒂·米拉克朗工厂生产的双螺杆挤出机,都设置了其空排气系统。

以上这些原因对粉料直接挤出成型,造成了有利的条件。

据奥地利介绍,这个厂生产的设备,在聚氯乙烯加工中,已占世界总产量11勺15%。

双螺杆挤出机另外还有一个特点,它能够加工某些单螺杆挤出机难以加工的材料,如润滑性过大,单螺杆挤出时出料量不均的那些材料。

双螺杆不限于加工聚氯乙烯,只要更换不同形式的螺杆,同样能生产各种热塑性塑料。

(2)塑化好,温度容易控制,制品质量稳定。