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作者：劳志超北京化工大学

学位级别：硕士

大型同向双螺杆挤出造粒机作为石化行业的关键设备,其研制水平不仅反映了一个国家在石化行业装备制造研究领域的综合实力,更是评价其石化行业发展水平的重要指标。但是我国对大型同向双螺杆挤出造粒机的研究较晚,基础理论较为薄弱,导致... 详细信息

大型同向双螺杆挤出造粒机作为石化行业的关键设备,其研制水平不仅反映了一个国家在石化行业装备制造研究领域的综合实力,更是评价其石化行业发展水平的重要指标。但是我国对大型同向双螺杆挤出造粒机的研究较晚,基础理论较为薄弱,导致在设计和制造等方面与国际先进水平仍存在较大的差距。对于大型同向双螺杆挤出造粒机而言,螺杆是整个造粒机中最关键的部件,其螺杆元件的组合方式对物料混炼效果有着至关重要的影响,因此对大型同向双螺杆挤出造粒机螺杆元件及其构型进行深入研究尤为重要。本文针对高熔指聚丙烯大型同向双螺杆挤出造粒机的螺杆元件及螺杆构型展开研究,主要研究内容和结论如下:针对大型同向双螺杆挤出造粒机中不同螺杆元件,采用单因素试验方法对不同结构参数下螺杆元件的流场进行了三维数值模拟,并分别通过输送能力、分散混合能力和分布混合能力对其性能进行了表征;对于螺纹元件(Screw Elements,SE)而言,研究了不同啮合比、螺棱间隙和导程对其输送性能的影响,结果表明,SE元件的输送能力随其啮合比的增加而提高,随其螺棱间隙的增加而降低,当啮合比和螺棱间隙分别为1.55和1.5 mm时,SE元件分别具有较优的输送能力,且分散混合和分布混合能力良好。同时SE元件的输送能力随其导程的增加而提高,当元件导程相同时,反向SE元件对物料输送方向与挤出方向相反,且分散混合能力和分布混合能力均优于SE元件;对于捏合块元件(Kneading Blocks,KB)而言,研究了不同捏合盘厚度和错列角度对其分散混合性能的影响,结果表明,KB元件的分散混合能力随其捏合盘厚度的增加而提高,随其错列角度的增加呈先下降后上升的变化趋势;对于开槽螺纹元件(Screw Mixing Elements,SME)而言,研究了不同反向螺纹头数对其分布混合性能的影响,结果表明,SME元件的分布混合能力随其反向螺纹头数的增加大致呈上升的变化趋势,当反向螺纹头数为8个时,SME元件具有较优的分布混合能力;针对大型同向双螺杆挤出造粒机螺杆各功能段的作用,分别设计了固体输送段、熔融混合段、排气段和熔体输送段构型,并通过一维仿真和正交试验的方法对整根螺杆构型进行了分析,结果表明,熔融混合段螺杆构型对流道内最高温度、加权平均剪切应力、平均应变及挤出机设备能耗均影响显著。当整根螺杆构型选用由变导程SE元件组成长度为2640 mm的固体输送段、选用由厚KB元件和SE元件及薄KB元件组成长度为2520mm的熔融混合段、采用反向小导程SE元件和大导程SE元件组成长度为1650 mm的排气段、选用由小导程SE元件和SME元件交错布置方式组成长度为2310 mm的熔体输送段时,其具有较好的输送能力、分散混合和分布混合能力,且造粒机设备能耗较小,完成了适用于高熔指聚丙烯挤压造粒的大型同向双螺杆挤出造粒机螺杆构型的设计。

关键词：高熔指聚丙烯大型同向双螺杆挤出造粒机螺杆构型仿真分析

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螺杆构型对PLA/PTW共混物性能影响的研究

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中国塑料 2023年第11期37卷 127-134页

作者：马秀清劳志超李明谦韩顺涛胡楠北京化工大学机电工程学院北京100029 中国核电工程有限公司北京100840 航天特种材料及工艺技术研究所北京100074

选用剪切元件(KB元件)、拉伸元件(S元件)、常规螺纹元件(SE元件)和混合元件(SME元件)设计了4种啮合同向双螺杆挤出机混合段螺杆构型,模拟研究了螺杆构型对聚乳酸/乙烯-丙烯酸丁酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物(PLA/PTW)共混体系混合效果... 详细信息

选用剪切元件(KB元件)、拉伸元件(S元件)、常规螺纹元件(SE元件)和混合元件(SME元件)设计了4种啮合同向双螺杆挤出机混合段螺杆构型,模拟研究了螺杆构型对聚乳酸/乙烯-丙烯酸丁酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物(PLA/PTW)共混体系混合效果的影响,分别通过出入口压差、加权平均剪切应力、累积最大剪切应力、回流系数和累积停留时间表征了螺杆构型的正向输送能力、分散混合能力和分布混合能力,并采用实验方法研究了复合材料的力学性能。结果表明,KB元件和SME元件分散布置时具有较强的分散混合和分布混合能力,PLA/PTW共混体系的混合效果更好,且能在PLA/PTW共混物拉伸强度基本不变的情况下进一步提高其冲击强度,同时,模拟结果和实验结果吻合,表明模拟可为混合段螺杆构型的优化提供指导。

关键词：螺杆构型混合性能数值模拟力学性能

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3D打印工艺参数对PLA/PTW共混物力学性能影响的研究

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中国塑料 2024年第2期38卷 70-75页

作者：马秀清劳志超李明谦韩顺涛胡楠北京化工大学机电工程学院北京100029 中国核电工程有限公司北京100840 航天特种材料及工艺技术研究所北京100074

采用3D打印中的熔融沉积成型(FDM)工艺制备了聚乳酸/乙烯-丙烯酸丁酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物(PLA/PTW),通过单因素实验探究了3D打印工艺参数(喷头温度、打印平台温度和打印速度)对PLA/PTW共混物力学性能的影响,并在此基础上设计了... 详细信息

采用3D打印中的熔融沉积成型(FDM)工艺制备了聚乳酸/乙烯-丙烯酸丁酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物(PLA/PTW),通过单因素实验探究了3D打印工艺参数(喷头温度、打印平台温度和打印速度)对PLA/PTW共混物力学性能的影响,并在此基础上设计了三因素三水平正交实验,优化了3D打印的工艺参数。结果表明,共混物的冲击强度和拉伸强度均随喷头温度的增加呈现先上升后下降、均随打印平台温度的增加而增加、均随打印速度的增加出现下降的趋势。各工艺参数对PLA/PTW共混物综合力学性能的影响从大到小依次为:喷头温度、打印速度、打印平台温度,且当喷头温度为210℃、打印平台温度为80℃以及打印速度为40 mm/s时,打印出的PLA/PTW共混物的综合力学性能最佳。

关键词： 3D打印聚乳酸/乙烯-丙烯酸丁酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物力学性能

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微纳层叠技术对ACM/PP热塑性弹性体性能的影响

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塑料 2024年第3期53卷 88-92,98页

作者：杨帆罗讴阳李明谦劳志超阎华马秀清北京化工大学机电工程学院北京100029

采用微纳层叠共挤出技术制备了ACM/PP热塑性硫化胶(TPV),研究了动态硫化温度、橡塑比、相容剂含量、炭黑与增塑剂含量对TPV力学性能与耐油性能的影响。结果表明,当动态硫化温度为190℃时,TPV具有较好的力学性能,拉伸强度、断裂伸长率、... 详细信息

采用微纳层叠共挤出技术制备了ACM/PP热塑性硫化胶(TPV),研究了动态硫化温度、橡塑比、相容剂含量、炭黑与增塑剂含量对TPV力学性能与耐油性能的影响。结果表明,当动态硫化温度为190℃时,TPV具有较好的力学性能,拉伸强度、断裂伸长率、硬度、压缩永久变形分别为12.83 MPa、104.67%、86.50%、50.00%;随着TPV橡塑比的增大,材料的拉伸强度、断裂伸长率、硬度、耐油性能明显降低;当相容剂PP-g-MAH(马来酸酐接枝聚丙烯)的含量为15份时,TPV的综合力学性能与耐油性能最佳;TPV的拉伸强度、压缩永久变形、硬度随炭黑含量的增加而升高,随增塑剂DOTP含量的增加而降低,TPV的耐油性随炭黑含量的增加而提高,随DOTP含量的增加而变差,TPV的断裂伸长率随炭黑与DOTP含量的增加而降低。

关键词：微纳层叠热塑性弹性体丙烯酸酯橡胶聚丙烯耐油性能

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