同向三螺杆挤出机的混炼性能评价

论文摘要

三角形排列的啮合同向三螺杆挤出机是一种新型混炼设备,前人对其混炼性能研究多限于有限元模拟分析,而实验研究相对较少。本文针对三螺杆挤出机的混合能力,脱挥性能和能耗及混合工艺进行了系统的实验工作。研究内容与结论如下：1、利用三螺杆和两台同向双螺杆挤出机在不同混合工艺下制备了PP/EPDM和PP/nanoCaCO3共混物（两相不相容体系）,通过对比分析共混物的分散相粒径及其分布,共混物力学性能,纳米颗粒团聚程度和nanoCaCO3母粒断面泡孔情况及其表观密度等,研究了三螺杆挤出机的分散,分布混合能力和脱挥性能。结果表明：三螺杆挤出机具有优异的分散和分布混合能力；三螺杆和同向双螺杆挤出机制备的PP/EPDM共混物达到相近的分散混合效果时,三螺杆挤出机所需的长径比更小,同时可具有更高的产量；制备nanoCaCO3含量达70%的高浓度母粒时,三螺杆挤出机的脱挥排气效果显著,制备的母粒密实,表观密度大。2、利用所研发的挤出过程数据综合采集系统,在制备PP/EPDM共混物过程中,采集挤出机功率和能耗等数据,对比分析三台挤出机的比能耗（SEI）。结果表明：在平均剪切速率40～120 s-1。和喂料量（几何相似产量）3～12 Kg·h-1时,三螺杆挤出机具有较低比能耗,低于大长径比同向双螺杆挤出机分别可达9%和33%。3、PP/EPDM共混物中分散相橡胶颗粒分散混合效果和共混物力学性能受挤出机的螺杆剪切作用和物料在其内的停留时间影响显著。三螺杆挤出机中,PP/EPDM共混物受剪切作用频繁且停留时间长,剪切温升高,物料易发生降解,影响共混物力学性能。在低加工温度、低剪切强度的螺杆组合、螺杆转速93～133 r·min-1和喂料量16～20Kg·h-1时,三螺杆挤出机制备的PP/EPDM共混物分散混合效果和力学性能较佳,同时挤出机能耗较低。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 混合设备发展历程
• 1.1.1 混合设备发展历史
• 1.1.2 三角形排列三螺杆挤出机的研究现状
• 1.2 混合设备性能研究
• 1.2.1 混合机理和混合设备的混合性能研究
• 1.2.1.1 混合机理研究
• 1.2.1.2 混合设备的混合能力研究
• 1.2.2 混合设备的停留时间分布研究
• 1.2.3 混合设备的脱挥性能研究
• 1.2.4 混合设备的能耗等性能研究
• 1.3 混合设备的混合工艺优化研究
• 1.4 本课题的研究目的、意义和主要内容
• 1.4.1 本课题的研究目的及意义
• 1.4.2 主要研究内容
• 第二章 三螺杆挤出机的分散混合能力研究
• 2.1 实验部分
• 2.1.1 实验原料
• 2.1.2 实验设备
• 2.1.3 共混物制备及表征
• 2.2 结果与讨论
• 2.2.1 螺杆转速对三台挤出机的分散混合能力影响
• 2.2.1.1 粒径及其分布
• 2.2.1.2 力学性能
• 2.2.1.3 小结
• 2.2.2 喂料量对三台挤出机的分散混合能力影响
• 2.2.2.1 粒径及其分布
• 2.2.2.2 力学性能
• 2.2.2.3 几何相似产量计算
• 2.2.2.4 小结
• 2.2.3 加工温度对三螺杆和W&P双螺杆挤出机的分散混合能力影响
• 2.2.3.1 粒径及其分布
• 2.2.3.2 力学性能
• 2.2.3.3 小结
• 2.3 本章小结
• 第三章 三螺杆挤出机的分布混合能力和脱挥性能研究
• 3.1 实验部分
• 3.1.1 实验原料
• 3.1.2 实验设备
• 3.1.3 共混物制备及表征
• 3.2 三台挤出机的分布混合能力对比研究
• 3.2.1 微观形貌
• 3.2.2 力学性能
• 3.2.3 小结
• 3.3 三台挤出机的脱挥性能研究
• 3.4 本章小结
• 第四章 三螺杆挤出机的能耗研究
• 4.1 实验部分
• 4.1.1 实验原料
• 4.1.2 实验设备
• 4.1.3 实验流程及表征
• 4.2 结果与讨论
• 4.2.1 螺杆转速对三台挤出机的能耗影响
• 4.2.2 喂料量对三台挤出机的能耗影响
• 4.3 本章小结
• 第五章 三螺杆挤出机混合工艺对PP/EPDM体系的性能及挤出机能耗的影响
• 5.1 实验部分
• 5.1.1 实验原料
• 5.1.2 实验设备
• 5.1.3 共混物制备及表征
• 5.2 结果与讨论
• 5.2.1 螺杆组合和螺杆转速对共混物粒径及其分布、力学性能和三螺杆能耗的影响
• 5.2.1.1 粒径及其分布
• 5.2.1.2 力学性能
• 5.2.1.3 三螺杆挤出机比能耗
• 5.2.2 螺杆组合和喂料量对共混物粒径及其分布、力学性能和三螺杆能耗的影响
• 5.2.2.1 粒径及其分布
• 5.2.2.2 力学性能
• 5.2.2.3 三螺杆挤出机比能耗
• 5.3 本章小结
• 第六章 全文总结
• 6.1 本课题研究的主要结论
• 6.2 研究展望
• 参考文献
• 致谢
• 研究成果及发表的学术论文
• 作者和导师简介
• 硕士研究生学位论文答辩委员会决议书