ENG Den kontinuerlige skrueekstruder har en høj grad af fleksibilitet og automatisering. Brugen af ekstruderingsbehandling under polymerbearbejdning kan effektivt reducere forarbejdningsomkostningerne, forbedre produktionseffektiviteten og reducere affaldsemissioner.
Selvom eksisterende ekstrudere kan klare den nuværende smeltning og blanding af materialer i skruen, med den stigende grad af industrialisering, kan deres lave outputeffektivitet ikke længere opfylde behovene i fremtidens industri. For yderligere at forbedre forarbejdningseffektiviteten af polymerer er det påtrængende at designe storskala ekstrudere.
Men hvis du direkte designer udstyr i stor skala, vil du møde problemer som ressourcespild på grund af utilstrækkelig designerfaring. Derfor er den teoretiske forskning i skrueekstruderingsudstyr blevet særlig vigtig.
Similarity amplification theory er en dimensionsløs talgruppe, der repræsenterer parametre relateret til et bestemt fænomen i systemet. Når fænomenerne i to systemer ligner hinanden, er der også en vis lighed mellem de relevante parametre. Denne lighed kan danne en dimensionsløs talgruppe, det vil sige, at lighedskriteriet er en konstant værdi. Med udgangspunkt i lighedsteoremet kan anvendelse af de empiriske konklusioner draget i småskalaudstyr på storskalaproduktionsudstyr sikre, at de dimensionsløse grupper produceret i småskala- og storskalaudstyr er ens, og derved holde de dimensionsløse løsningersformer til div. ligninger konsistente. Forandring. Til skruestrukturdesign af store dobbeltskrueekstrudere kan den lignende forstærkningsteori for ekstrudere bruges. Denne teori kan starte fra perspektivet af geometrisk lighed og give en platform for design gennem studiet af parametrisk modellering. Vedtagelsen af denne designmetode kan undgå gentagen modellering, spare designtid og derved forbedre produktionseffektiviteten og produktionskvaliteten.
I de senere år er forskning i strukturen af små ekstrudere blevet diskuteret bredt, men forskningen i store ekstrudere er stadig i den udforskende fase. Gennem dybdegående forskning i de geometriske parametre og præstationsindeksforstærkning af den eksperimentelle model kan den give et teoretisk grundlag for udviklingen af storskala skrueekstrudere og derved forbedre designkvaliteten og succesraten. Denne artikel har til formål at introducere det nuværende arbejde og fremskridt på dette område fra den lignende forstærkningsteori, der gælder for dobbeltskrue-ekstrudere.
Twin-screw ekstruder lignende forstærkningsteori
Dobbeltskrue ekstrudere har bedre blandingsydelse end enkeltskrue ekstrudere. Efter videnskabelig forskning i lignende amplifikationsteorier om enkeltskrue ekstrudere, udvidede de det til dobbeltskrue ekstrudere. Som vist i figur 2, under forudsætningen om at holde helixvinklen (φ) uændret, foldes dobbeltskruen ud for at opnå diameterforholdet mellem dobbeltskruen og enkeltskruen, som vist i ligning (1). Ved at ignorere påvirkningen af indgrebsområdet (ψ indgrebsvinkel er ca. 0), illustreres yderligere gennemførligheden af dobbeltskruetilnærmelsen til en enkelt skrue.
Figur 2 Lignende diagram af dobbeltskrue omtrent ækvivalent enkeltskrue flowkanal
Blanding af ydeevne og sikkerhedsundersøgelser af dobbeltskruede ekstrudere er vigtige faktorer for vellykket ekstruderdesign. Det er nødvendigt at bestemme amplifikationskriterierne for nøgleparametre og studere de forstærkede effekter baseret på numeriske beregninger. I en dobbeltskruet ekstruder har materialet en delvis fyldt sektion og en helt fyldt sektion. Lignende forstærkningsteorier, der gælder for enkeltskruede ekstrudere, er anvendelige for dobbeltsnekkeekstrudere med fuldt udfyldte sektioner. Men efterhånden som efterspørgslen efter distribuerede blandeekstrudere og devolatilization dobbeltskrue ekstrudere steg, begyndte lignende opskaleringsteorier at dukke op for ikke-maskede dobbeltskrue ekstrudere, der delvist fyldte kanalområdet. Da fyldningsgraden af dobbeltsnekkeekstruderen er en vigtig indikator for skruetransportkapaciteten, kan dobbeltskrueforstærkningskriteriet yderligere underopdeles i overensstemmelse med de forskellige fyldningsgrader af dobbeltsnekkeekstruderens strømningskanaler.
01 Lignende forstærkningsteori om komplet flowkanalfyldning
Gennemstrømningskanalen er helt fuld betyder, at materialet fyldes helt i strømningskanalen uden huller. Forskerne fandt ud af, at længden af den fuldstændigt fyldte sektion af ekstruderen har en væsentlig indflydelse på opholdstiden og strømforbruget af den ekstruderede materialesmelte i ekstruderen. Når flowkanalen er helt fyldt, er materialeegenskaberne mere stabile, end når skruen ikke er helt fyldt. Først når skruen er helt fyldt kan konsistensen, kvaliteten og outputtet af ekstruderede produkter garanteres. Derfor antager nuværende forskeres diskussioner om den lignende teori om dobbeltsnekkeekstrudere grundlæggende, at strømningskanalen er fuldstændig fyldt.
Li Ao lavede en omfattende sammenligning af lignende forstærkningsmetoder til fuldstændig fyldning af strømningskanalen og foreslog at anvende amplifikationsmetoden på en enkeltskruet ekstruder til en dobbeltskrue ekstruder, hvilket lagde et teoretisk grundlag for transformationen af store dobbeltskruede maskiner . Berzin et al. mener, at varmeoverførselskoefficienten i en fuldt fyldt ekstruder er meget kritisk. Efterhånden som forholdet mellem overflade og volumen falder med diameteren, vil ekstruderens varmeoverførselshastighed også falde. Derfor defineres skruen ofte som adiabatisk i simuleringsberegningsprocessen. tilstand ved at bruge smeltetemperatur som et af evalueringskriterierne. Da ekstruderingsprocessen er begrænset af varmeoverførsel, er den nødvendige smeltetemperatur i smelteafgivelsessektionen ikke let at opnå. Derfor kan yderligere eksperimenter og modellering være påkrævet ved brug af varmeoverførselsforstærkning. Matic' udførte en eksperimentel sammenligning af varmeoverførselslignende forstærkning og energilignende forstærkningsmetoder og fandt, at smeltetemperaturen i det delvist fyldte område var lavere, og opholdstiden før og efter forstærkning i det fuldt fyldte område var ens, hvilket indikerer, at disse to amplifikationsmetoder er mere egnede til helt fyldte strømme. I tunnelen er blandingsydelsen inde i ekstruderen bedre på dette tidspunkt. Som vist i figur 3 blev opholdstiden og smeltetemperaturfordelingen under forskellige processer undersøgt, og det viste sig, at opholdstiden og smeltetemperaturen i den fuldstændigt fyldte strømningskanal havde samme ændringstendens, og den forstærkede smeltetemperatur og opholdstid blev bredere, hvilket indikerer, at Kvaliteten af produktet fremstillet efter amplifikation svarer til referencemodellens kvalitet, hvilket løser problemet med nedbrydning af det amplificerede produkt. Nakatani mente, at det adiabatiske indeks og det ikke-Newtonske indeks bestemmer ekstruderbetingelserne og polymeregenskaberne. Han foreslog en termisk balance lignende forstærkning ved at bruge outputforstærkningsindekset som hovedvariabelen og verificerede gennemførligheden af denne metode gennem konsistente smeltetemperaturer.
Figur 3 Sammenligning mellem smeltetemperatur og lokal opholdstid før og efter ekstruder-opskalering
Dobbeltskrueekstruderen har en god blandefunktion, og blandingseffekten af materialerne i dobbeltskrueekstruderen skal være opmærksom på efter amplifikation. Qu Wenbin brugte blandingslighedsforstærkningsmetoden til at forstørre designet af skrueelementerne i blandesektionen af ekstruderen. Han analyserede blandeydelsen af forskellige skruekonfigurationer i den fuldstændigt fyldte strømningskanal og beviste, at forstærkningen af skrueekstruderen er baseret på skruestrukturens geometriske lighed. Seksuel adfærd. Chen foreslog, at ekstrudatkvaliteten bestemmes af parametre såsom geometriske parametre, specifik energi, opholdstidsfordeling, temperatur og tryk, og disse parametre bestemmer blandingsfordelingen under ekstruderingsprocessen. Juan udviklede og testede gennemførligheden af lignende geometriske forholdsforstærkningsregler ved hjælp af dobbeltskrueekstrudere med forskellige diametre. Han fandt ud af, at grundlæggende procesparametre, materialeflowhastighed og skruehastighed har meget lille indflydelse på materialeegenskaber, mens skruekonfiguration har en større indflydelse. Ovenstående forskning viser, at på grundlag af bestemmelse af skruekonfigurationen kan geometrisk lighedsforstærkning producere output og opfylde kravene til konstant blanding, men den har forskellige temperaturændringer. Derfor kan den omfattende anvendelse af flere lignende amplifikationsmetoder bedre løse problemet.
Forudsætningen for den omfattende brug af flere lignende forstærkningsmetoder er at bestemme den geometriske lighed mellem skruekonfigurationen og cylinderkombinationen. Derefter udføres der på baggrund af formålet med at forstærke output i dobbeltskrue-industrien tilsvarende volumenforstærkning, og til sidst beregnes skruehastigheden på den lille maskine omvendt for at bestemme den store maskine. Skruehastighed, flowfeltsimulering bruges til at bedømme sikkerheden ved forstærknings- og blandingsydelse. Dong Zhonghua udledte en forstærkningsteori, der kombinerer flere amplifikationsmetoder ved at afbalancere blandings- og temperaturfelterne mellem materialer, nemlig omfattende termisk balance og blanding af lignende forstærkning, og anvendte den i ZSK-seriens mixere. Yue Jinfeng et al. brugte geometri⁃volume⁃forskydningshastigheden lignende forstærkningsmetode til at udføre forstærkningsforskning på den blandede udstødningsmålersektion af mainframen og undersøgte sikkerheden og blandingsydelsen af den forstærkede model. Derudover er koniske dobbeltsnekkeekstrudere også blevet undersøgt og diskuteret i denne henseende baseret på den lignende udvidelse af parallelle dobbeltsnekkeekstrudere. Langhorst udførte forskellige simuleringer og lignende forstærkning af hver funktionel sektion af den specielle struktur af den koniske modroterende dobbeltskrue-ekstruder. Yin Qingzhen opsummerede de relevante parametre i form af dimensionsløse konstanter og designede og forstørrede de funktionelle sektioner af hver del af den koniske dobbeltskrue-ekstruder, hvilket gav betingelser for stabil drift af den forstørrede ekstruder. Chen Simeng brugte mikroelementmetoden til at diskretisere den koniske dobbeltskrueekstruder til energiske materialer, etablerede tilsvarende forstærkningsteorier for forskellige funktionelle sektioner og lavede rettelser. Sammenfattende kan den konventionelle lignende amplifikationsmetode forstærke specifikke parametre for uafhængige funktionelle sektioner, men der er stadig mangler i den samlede forstærkning af skrueekstruderen. Den optimerede lignende amplifikationsmetode kan anvendes til at kombinere egenskaberne af forskellige funktionelle sektioner. Faktisk produktion. Samtidig er det en vigtig verifikationsmetode at bruge ortogonalt eksperimentelt design til omfattende afbalancering og evaluering af forskellige parametre under korrektionsprocessen for at verificere gennemførligheden af lignende amplifikation og optimere parameterniveauet for amplifikationsmodellen.
02 Similarity amplification theory of partial flow channel filling
Ved egentlig skrueekstruderbearbejdning kan materialet kun fylde en del af strømningskanalen, men kan ikke fylde hele strømningskanalen fuldstændigt. Kompleksiteten af den delvise strømningskanalfyldning er langt større end den enfasede strømning, når strømningskanalen er helt fyldt. Når strømningskanalen er delvist fyldt, vil strømningshastigheden og forskydningsspændingen af materialesmelten stige, hvilket gør ekstruderingsprocessen mere kompliceret.
Baseret på karakteristikaene ved delvis fyldning i smelteafgivelsessektionen af en co-roterende dobbeltsnekkeekstruder diskuterede MEIJER kanaldybde, lignende forstærkning af laminar flow og lignende forstærkning af varmeoverførsel i tilfælde af delvis fyldning eller ændringer i viskositet under ekstruderingsprocessen (ikke-isotermiske, ikke-newtonske forhold) er der alvorlig strømningslækage. Ganzeveld påpegede, at lækagestrømningshastigheden er relateret til fyldningsgraden af kammeret i fødezonen. I tilfælde af delvis fyldning, når antallet af fuldt fyldte kamre falder, påvirkes lækagestrømningshastigheden, og produktionsforstærkningsindekset vil falde. Fukuda et al. udført modstandsstrømningstests på proportionelt forstørrede transportelementer og ælteblokke og foreslog en lignende forstærkning af den procentvise modstandsstrøm for at forstærke strømningshastigheden ved at holde den procentvise modstandsstrøm for det specificerede element konstant.
Da en række lignende opskaleringsmetoder til fuldstændig fyldning af skrueekstrudere er blevet foreslået, er mange forskere begyndt at undersøge, om disse metoder er anvendelige i delvist fyldte strømningskanaler. Bigio et al. mener, at hvis den delvise fyldningsgrad og blandingshastigheden af dobbeltsnekkeekstruderen forbliver konstant, så vil lignende opskaleringsmetoder, der kan anvendes til fuldstændig fyldning, være lige effektive for delvist fyldte kanaler. I en lignende opskalering foreslået under forudsætningen af fuldstændig fyldning, har skruegeometrien en væsentlig indflydelse på blandingen og flowet, der udvikles i dobbeltsnekkeekstruderen. Dryer et al. foreslået volumenlighedsforstærkningsteorien, når skruen for det meste er fyldt. Volumenlighedsforstærkningen tager kun hensyn til det frie volumen af hele skruens længde og bevarer den samme fylde. Ved at bruge volumenstrømningshastigheden som en enkelt variabel, er amplifikationsparameterindekset det samme som under fuldstændig fyldning. Den blandede lighedsforstærkningsmetode er ens. Haser beviste, at forstærkning af ekstruderingsprocessen af forskellige geometrier kan opnås baseret på volumenlighedsforstærkning, og amplifikationsparametertendenserne er konsistente. Det kan konkluderes, at de anvendelige amplifikationsmetoder til delvis fyldning af strømningskanalerne i dobbeltsnekkeekstrudere for det meste er afledt af fuldstændig fyldning af strømningskanalerne. Tabel 2 viser lignende amplifikationsmetoder, der almindeligvis anvendes til dobbeltsnekkeekstrudere.
Tabel 2 Karakteristika for almindeligt anvendte lignende forstærkningsmetoder til dobbeltskruer
anvendelse
På et teoretisk grundlag har en lang række forskere anvendt lighedsforstærkningsteorien i egentlig produktion. Den indledende forskning blev brugt til at sammenligne forskellige lignende amplifikationsmetoder. Chung udførte eksperimentelle verifikationer på den samme type enkeltskrueekstruder til universel lighedsforstærkning, varmeoverførselslignende forstærkning og geometrisk lighedsforstærkning og fandt ud af, at efter geometrisk lighed har den opskalerede model output. Wang Jianping anvendte metoden "ækvivalent diameter" til at analysere tre lignende amplifikationsmetoder for smeltetransportsektionen i den indgribende, co-roterende dobbeltskrueekstruder og brugte de tekniske data for store dobbeltskruer for at opnå resultater, der er mere i overensstemmelse med faktiske situation.
Figur 4(a)~(c) viser sammenligningen af output, effekt og hastighed med eksperimentelle data under forskellige forstærkningsmetoder. Det har vist sig, at datatendensen for Maddocks lignende amplifikationsmetode er tættere på de eksperimentelle data. På basis af mange eksisterende metoder udviklede Nastaj-teamet et nyt ekstruderingscomputeroptimeringssystem for at optimere processen baseret på en global skrueekstruderingsmodel for at maksimere ekstruderingsoutput og minimere specifikt energiforbrug. 4(d) er kurven over materiale- og procesdata opnået ved at simulere hele ekstrudersektionen. Fyldningsgraden er lav i den faste transportsektion og når en fuldt udfyldt tilstand, efter at det faste leje forsvinder. På dette tidspunkt forekommer tydelige udsving i tryk og temperatur. Ved at tage polyvinylchlorid som et eksempel, verificerede Menge lignende amplifikation ved konstant smeltetemperatur og konstant forskydningshastighed i en modsat roterende dobbeltskrueekstruder. Richter opnåede partikelstørrelsesfordelingen af partikler ved forskellige fyldningsniveauer gennem en lignende amplifikationsmetode. Brug af partikelsporing til at verificere sikker blanding i flowkanalen er i øjeblikket en effektiv og intuitiv metode.
Figur 4(a)~(c) viser sammenligningen af output, effekt og hastighed med eksperimentelle data under forskellige forstærkningsmetoder. Det har vist sig, at datatendensen for Maddocks lignende amplifikationsmetode er tættere på de eksperimentelle data. På basis af mange eksisterende metoder udviklede Nastaj-teamet et nyt ekstruderingscomputeroptimeringssystem for at optimere processen baseret på en global skrueekstruderingsmodel for at maksimere ekstruderingsoutput og minimere specifikt energiforbrug. 4(d) er kurven over materiale- og procesdata opnået ved at simulere hele ekstrudersektionen. Fyldningsgraden er lav i den faste transportsektion og når en fuldt udfyldt tilstand, efter at det faste leje forsvinder. På dette tidspunkt forekommer tydelige udsving i tryk og temperatur. Ved at tage polyvinylchlorid som et eksempel, verificerede Menge lignende amplifikation ved konstant smeltetemperatur og konstant forskydningshastighed i en modsat roterende dobbeltskrueekstruder. Richter opnåede partikelstørrelsesfordelingen af partikler ved forskellige fyldningsniveauer gennem en lignende amplifikationsmetode. Brug af partikelsporing til at verificere sikker blanding i flowkanalen er i øjeblikket en effektiv og intuitiv metode.
Baseret på den lignende opskalering af skrueekstrudere er der gradvist dukket opskaleringsanvendelser af lignende strukturelt udstyr op. Udstyr såsom slibeskivesnekkeekstrudere, interne blandere, dobbeltskrueraffinere og kontinuerlige blandere med to rotorer er også begyndt at konstruere lignende opskaleringsapplikationer. metode. He Xiaoling konstruerede en model af skiveskrueekstruderen baseret på blandingslighedsforstærkning og optimerede samtidig parametrene ved hjælp af ortogonale eksperimenter og numeriske simuleringer. Chen Kejuan et al. brugte lighedskriterierne for geometrisk lighed og konstant maksimal forskydningsspænding i skruebearbejdningsteknologien til at designe en intern mixermodel. Hu Dongkui sammenlignede funktionerne og strukturerne af dobbeltskrue ekstrudere og dobbeltskrue raffinører og fandt ud af, at dobbeltskrue raffinører og dobbeltskrue ekstrudere er mest ens generelt og kan verificeres gennem eksperimenter, hvilket giver en bedre forståelse af dobbelt- skrueekstrudere. Maskinens design er af stor betydning. Gong Shuyun brugte energiækvivalens som kriterium til at måle blandingseffekten og foreslog processen og den teoretiske model af lignende forstærkningsdesign af blandesektionen af den kontinuerlige dobbeltrotor-blander. Forskningsideen om lignende amplifikationsmetode vinder mere og mere opmærksomhed i branchen.
Figur 4 Komparativ analyse af lignende amplifikationsteori i faktisk produktion
Konklusion
Lignende opskaleringsdesign og anvendelse af skrueekstrudere kan hjælpe med at optimere ekstruderens skruestruktur, hastighed og andre parametre og forbedre ekstruderens ydeevne. Men ved at sammenfatte de tilsvarende opskaleringskriterier for skrueekstrudere i ind- og udland i de senere år, kan man konstatere, at uanset hvilken metode der anvendes, er opskaleringsforsøg baseret på at sikre sikkerheden og sammenblandingen af skrueekstrudering.
Imidlertid involverer skrueekstrudere spørgsmål som energiforbrug, lækage, blandingsydelse og sikkerhed. De eksisterende lignende amplifikationsmetoder kan ikke maksimere deres fordele. Derfor er optimering af lighedsstandarder og forstærkningsfaktorer meget vigtig. Fremtidig forskning bør yderligere udforske anvendelsespotentialet af lighedsforstærkningsteori i optimering af ekstruderstruktur og procesparametre og udvikle tilsvarende praktiske værktøjer og metoder til at give mere komplette løsninger til mere nøjagtig støbning, design og anvendelse af store ekstrudere. teoretisk støtte.
