橡胶分布混炼过程动态模拟及实验研究

作     者：王虎子 

作者单位：青岛科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：汪传生

授予年度：2019年

学科分类：080503[工学-材料加工工程] 08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

主      题：分布混炼 数值模拟 EDEM 转子结构 

摘      要：橡胶混炼是橡胶产品加工过程中的核心环节,直接影响橡胶制品的质量和使用寿命。影响混炼胶的质量,除配方外,就是混炼设备和混炼工艺。橡胶在混炼过程中存在分布混炼与分散混炼两种形式,分散混炼效果可以通过炭黑分散度进行描述和考核,分布混炼效果可以通过炭黑等配合剂在橡胶中分布的均匀性进行描述和考核,两者同等重要。因此对橡胶分布混炼过程进行研究同样具有重要的意义。本文基于橡胶混炼的粘弹性固体理论,采用离散元素法模拟橡胶分布混炼的动态过程,对模拟结果进行分析,通过实验结果与模拟结果的对比分析,验证EDEM模拟橡胶分布混炼的可靠性。本文完成的主要工作如下:1.在查阅大量文献资料的基础上,结合橡胶分布混炼过程的特点,采用离散元素法对橡胶分布混炼过程进行模拟分析,并推导出基于该方法的橡胶分布混炼的计算理论。2.建立了橡胶分布混炼过程的计算模型。采用橡胶和炭黑两种颗粒,两种颗粒均采用了软球模型,颗粒间的接触模型为Hertz-Mindlin with JKR Cohesion模型。通过实验标定,确定了JKR参数选择,并设置了模型运动的方式。3.进行了模型计算,并对模拟结果进行了分析。研究了密炼室中的物料运动形式、物料压力场分布、速度场分布以及用统计学方法计算出了颗粒的混合度。模拟了不同转速、不同填充系数和不同转子构型时颗粒的混合效果。模拟结果表明,当同步四棱转子转速为80?,填充系数为0.65时,混炼效果最好;在相同的条件下,分析得出宽棱转子的混炼效果优于同步四棱转子。4.采用了实验室的同/异双向复合式剪切型转子密炼机实验平台进行实验。转子为同步四棱转子和宽棱转子,其转速为6?、8?、?,填充系数为0.55、0.65、0.75时,得到实验结果与模拟结果相吻合,证明了采用EDEM模拟方法具有一定的可靠性。5.根据EDEM模拟橡胶混炼的结果对转子结构进行设计。确定了宽棱转子距密炼室壁间距最远点与距密炼室壁间距最近点夹角大小为96°;同时,验证宽棱转子比同步四棱转子的混炼效果好。