振动力场对销钉螺杆挤出机混炼过程的影响.pdf

《振动力场对销钉螺杆挤出机混炼过程的影响.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、80．工程塑料应用2011年，第39卷，第3期振动力场对销钉螺杆挤出机混炼过程的影响术柳天磊杜遥雪～(五邑大学机电工程学院，江门529020)摘要利用流体动力学软件POLYFLOW对销钉螺杆挤出机的混炼段进行三维等温数值模拟。通过引入振动力场，采用粒子示踪分析方法对比分析不同振动力场参数对销钉螺杆挤出机混炼过程的影响。结果表明，振动力场对销钉的混炼性能有着明显的改善作用，但存在最佳的振动频率和振幅范围。该结论为寻求最优振动力场参数从而提高塑料混炼质量提供了参考。关键词销钉螺杆挤出机振动力场混炼性能数值模拟混合是聚合物加工工艺中必不可少的阶段，混设：(1)熔体的流动为连续、等温的层流；(2)

2、熔体是合效果在很大程度上决定着制品的最终使用性不可压缩的，即其密度不变；(3)熔体沿机筒和螺杆能j。根据“聚合物动态成型加工技术”新概念研表面无滑移；(4)忽略重力的影响，忽略界面的表面制的塑料电磁动态塑化挤出机，在挤出的全过程中张力。引入周期性振动力场，改善了挤出时的混合性能，对简化模型如图1所示。图1a为销钉螺杆模型，填充体系的分散起到了较好的促进作用』。其原在螺杆上配置有四排销钉，每排销钉数为12个，销因是振动力场能够促进聚合物材料的熔融塑化过钉轴向长度37mm，销钉截面边长3mm，螺杆直径程，甚至在无外加热的情况下，单纯使用振动力场也27mm，销钉高度1．5mm；图lb为流道模型，

3、流道能使聚合物材料达到熔融塑化状态J。因此，振动轴向长度39mm，外径l7．65mm，内径17mm。力场改变了聚合物熔体的流变行为，使聚合物熔体的流变特性发生改变，而聚合物熔体的流变特性又直接影响到材料加工工艺参数的确定和产品的物理力学性能J。单螺杆销钉挤出机是目前较为成熟的连续混炼●装备之一，但对其研究主要侧重于试验研究。试验方法虽然可以使人们深入认识聚合物共混的过(a)(b)程，但这种方法成本高，从配型、加热、正常混炼、制a一销钉螺杆；b-流道备试样到清理混炼机、测试数据，整个过程要耗费大图1销钉螺杆及流道几何模型量的人力和物力，采用计算机模拟对设备的混合特叠加振动场为正弦场，销钉螺杆

4、作轴向振动，设性进行分析不失为一种有效的手段_6J。笔者运用轴向振动位移(S)为：流体动力学分析软件POLYFLOW对销钉螺杆挤出S=Asin(2)(1)机的混炼过程进行三维等温数值模拟，对比分析叠式中：A——销钉螺杆轴向振动振幅，mm；加振动力场的振动参数对混合效果的影响，从而为．卜销钉螺杆轴向振动频率，Hz。研究销钉螺杆挤出机的混炼特性及提高其混炼效果对上式两边求导，得到销钉螺杆轴向振动速度提供借鉴。()为：1模型及方法=2,rrfAcos(2)(2)1．1物理模型’1．2数学控制方程及方法销钉螺杆挤出机的核心部件是销钉混炼段，因由物理模型及假设，可得到描述流场的连续性而笔者的研究对象

5、是对该段进行无振动稳态及叠加振动力场动态模拟分析。为了简化分析，聚合物物广东省自然科学基金项目(9151063101000021)料在销钉混炼段的流动可近似看作等温流动，销钉、通讯作者螺杆和机筒内壁的曲率影响可以忽略，并作如下假收稿13期：2010·12-30柳天磊，等：振动力场对销钉螺杆挤出机混炼过程的影响81方程、运动方程和本构方程为：V·=0(3)T∞＼V·P+V·子=0(4)褂=2rlyD(5)恩器式中：——速度向量，m／s；p——压力，Pa；手——应力张量，Pa；叼——剪切黏度，Pa·S；——剪切速率，s～；D——形变速率张量，8～。模拟采用CrossLaw本构模型来表征混炼熔体

6、的黏度：㈦式中：叼。——零剪切黏度，Pa·S；A——松弛时间，S；m——cr0ss定律指数，无量纲。1-A=0mm；2一A=0．1mm；3一=0．5mill；4一A=1．0mItl模拟采用的聚合物为线性低密度聚乙烯(PE—=芑(b)LLD)，其物性参数为叼。=8000Pa·s，m=0．75，Aa一稳态及振动频率变化；b一稳态及振动振幅变化=0．12s，P=924kg／m。_、图2剪切速率随振动参数的变化关系，人口流量Q=5848mm／s，销钉螺杆转速N=60r／min。剪2结果与讨论下∞＼2．1剪切速率博m对比分析时无振动稳态条件取f=0Hz、A=0廿mm；叠加振动动态加工条件取两组参数：

7、A=0．5mm时：5、10、20Hz；厂=10Hz时，A=0．1、0．5、1加mm。图2为稳态与不同振动参数时的剪切速率关=芑系曲线。1=0Hz；2=5Hz；3=10Hz；4=20Hz由图2a可知，在剪切速率小于214s时，动态(a)和稳态的剪切速率曲线基本重合；当剪切速率大于214s时厂=10Hz、A=0．5mm条件下剪切速率大于稳态条件下的剪切速率，其它两种动态条件下的剪切速率则小于稳态条件下的剪切速率。图2b的情况