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双转子连续混炼机因其优异的分散和分布混合特性已受到人们越来越多的重视,但对于其混炼腔内物料的熔融过程却研究较少。在混炼过程中,因拉伸作用比剪切作用具有更好的混合效果,所以研究混炼机中拉伸作用的分布对于提高混炼机的分散和分布混合性能有重要的意义。
本文利用聚丙烯(PP)和炭黑混合物的静态可视化实验,初步探讨了混炼机第二混炼段上的熔融机理;采用有限元分析软件POLYFLOW对双转子连续混炼机混炼段的三维非等温流场进行了模拟,分析了拉伸作用的分布;并对在混合过程中表征拉伸作用的瞬时效率、平均混合效率、拉伸对数等进行了统计学分析;讨论了转子转速和喂料量对拉伸作用的影响,通过分析和实验,得出以下几点结论:
(1)双转子连续混炼机中的熔融过程主要以液相为主、固相悬浮的“海—岛”模型形式存在,颗粒的熔融方式为周边熔融,颗粒在变小的同时被拉长。这符合能量最小的原则,同时增加了颗粒的表面积,加速了熔融过程。
(2)在固体颗粒与熔体的界面处,熔膜的厚度因粒子形状不同、外部流场不同、在粒子上所处位置不同而不相同。
(3)在混炼过程中,螺棱交汇区物料所受的拉伸作用比正向输送区和反向输送区物料受到的拉伸作用大;同一横截面上,转子螺棱顶部由于形成收敛流道,此处物料受到的拉伸作用比推进面和背面物料受到的拉伸作用大。
(4)提高转子转速,物料所承受的拉伸作用和剪切作用增大,加剧了物料运动的混乱程度,提高了混合能力;增加喂料量,拉伸作用与混合指数没有变化,但比拉伸速率减小了,物料在机筒内的停留时间减少了,降低了分散程度。