单螺杆挤出机型号(45单螺杆挤出机)

《单螺杆挤出机物料停留时间分布的在线检测》

本文是一篇关于如何撰写关于挤出机、停留时间和材料的硕士论文的在线测试报告。

:挤出机的停留时间分布(RTD)反映了挤出过程中材料的热历史，并可用于表征其轴向混合能力。基于荧光原理，借助转矩流变仪的单螺杆挤出平台，建立了一套挤出机RTD在线检测装置。用荧光分光光度计确定了不同示踪剂的最佳测量波长，进一步验证了示踪剂浓度与光信号的线性关系。在选择蒽(EN)作为示踪剂的基础上，通过反复实验考察了荧光在线检测装置的可靠性，确定了示踪剂的用量。同时，还研究了螺杆转速对聚苯乙烯在单螺杆挤出机中RTD的影响。结果表明，该荧光在线检测装置能够成功检测聚苯乙烯在单螺杆挤出机中的停留时间分布，并具有良好的稳定性。螺杆速度越快，最小停留时间越小，停留时间分布越窄，表明挤出机的轴向混合能力降低。

关键词:单螺杆挤出；荧光在线检测；停留时间分布；追踪者

中间图分类号:TQ320.5

文件符号代码:a

文章编号:1673-3851(2018)07-0436-06

介绍

螺杆挤出机机械共混是一种简单而经济的方法。随着改性掺合料的迅速发展和品种的日益增多，搅拌设备的发展及其性能研究一直备受关注[1]。单螺杆挤出机被认为具有有限的混合性能，其在混合中的应用常常被忽略。然而，新型螺杆如屏障螺杆和销钉螺杆的出现进一步增加了单螺杆的熔融和混合能力。甚至达到双螺杆的混合效果。单螺杆挤出机低，耐用，容易更换损坏的零件，易于操作，并能获得高背压，混合和成型可以一次完成[2]。目前，国外有单螺杆挤出机混炼的报道，但在国内还很少。因此，有必要对单螺杆挤出机的混合性能进行研究。

停留时间分布是螺杆挤出过程中的一个重要参数，常用来衡量螺杆挤出机的加工性能。停留时间分布的应用主要表现在以下几个方面:挤出机加工过程的控制([3)，反应动力学的研究([4)，螺杆挤出机宏观混合的表征(即轴向混合[5)，挤出机的放大和缩小。停留时间分布的在线检测方法有放射性法[6法、紫外荧光法[7法和超声波法[8法等。本文选择了荧光在线检测方法。本课题组研究了双螺杆挤出机的停留时间分布，张贤明等[911]对双螺杆挤出机的局部停留时间分布进行了在线检测研究，考察了进料量和螺杆转速等参数对双螺杆挤出机局部RTD和全局RTD的影响。同时，对双螺杆挤出机的混合性能进行了数值模拟，分析了螺杆构型和加工参数对分布混合的影响，[1213。在此基础上，研究了单螺杆挤出机的停留时间分布。

基于转矩流变仪的单螺杆挤出平台，设计了荧光在线检测装置，用于检测聚苯乙烯在单螺杆挤出过程中的停留时间分布。在优先选择乙烯为示踪剂的基础上，研究了示踪剂用量和螺杆转速对聚苯乙烯停留时间分布和单螺杆挤出机轴向混合能力的影响。

1个实验部分

1.1实验材料

聚苯乙烯(PS):158克，扬子巴斯夫有限公司；9蒽酚(9AM):分析纯，上海阿拉丁生化科技有限公司；蒽(EN):分析纯，上海阿拉丁生化科技有限公司；9am和EN的分子结构如图1所示。

图19——调幅和调幅分子结构式

1.2实验设备和仪器

RM-200 c扭矩流变仪单螺杆挤出平台，螺杆直径20 mm，长径比25，最高温度350℃，最大转速150转/分，最大扭矩160 Nm。单螺杆ha

F-46001型荧光分光光度计(光源波长为360 nm)。测量波长范围设置为200~900 nm，分辨率为1.0 nm，光谱宽度包括1.0~10.0 nm可调的EX和1.0~20.0 nm可调的EM。

rh7毛细管流变仪。设定温度范围为5~500℃，最大负荷为100千牛。

2停留时间分布的在线检测

2.1在线检测的原理

荧光在线检测装置由四部分组成:单波长光源、光纤探头、信号处理器和数据采集系统。实验原理如图2所示。光源发出的光束通过光纤探针照射到聚合物熔体上。聚合物熔体中的荧光物质受到光的照射，激发不同波长的光，然后通过滤光片获得特定波长的光，然后光信号通过光纤传输到信号处理器，将光信号转换成电信号，由计算机上的信号处理软件进行采集和处理。

图2荧光在线检测原理

2.2停留时间分布的计算

由于来自单螺杆挤出机的材料的挤出过程是连续和随机的过程，概率分布的概念可用于定量描述材料在反应器中的停留时间分布。描述停留时间的概率分布函数包括停留时间分布密度函数和累积停留时间分布函数。停留时间分布密度函数也称为E函数，通常用E(t)表示:

E(t)等于c(t)∞0 CDT等于c(t)∞IC(t)δt(1)

累积停留时间分布函数也称为F函数，通常用F(t)表示:

F(t)等于∫ t0c (t) dt ∫ 0c (t) dt (2)

其中:c(t)是单螺杆挤出机口处示踪剂的电压信号强度；当从进料口添加示踪剂时，t等于0。

2.3示踪剂的制备

首先，将质量比为100∶1的聚苯乙烯和示踪剂通过转矩流变仪的混合平台在以下混合条件下混合均匀:转子转速45 r/min，混合温度215℃，混合时间8 min。然后，将聚苯乙烯和示踪剂通过毛细管流变仪的2 mm模具挤出成条，然后在造粒机上造粒，获得与聚苯乙烯颗粒大小相同的颗粒。

2.4最大激发波长的确定

用F-46001荧光分光光度计测定示踪剂的最大激发波长。光度计的光源发出360 nm波长的光，分别照射到示踪剂en和9am的固体粉末上，得到en和9am的激发波长光谱，如图3所示。从图3中可以看出，en和9am的最大激发波长分别为421 nm和418 nm，因此所选择的滤波器分别允许421 nm和418 nm通过，并过滤其他波长的波以提高设备的测试精度。

图3EN和9AM激发波长谱

2.5激发波长强度和示踪剂浓度之间的关系

荧光在线检测获得的停留时间分布谱的本质是反应性示踪剂在不同挤出时间下的浓度分布。因此，应该首先确定示踪剂浓度和光信号之间的关系，然后确定停留时间分布。将EN和9AM分别溶于甲苯中，配制成一系列已知浓度的标准溶液，用F-46001荧光分光光度计测定激发波长的强度。获得最大激发波长强度和示踪剂浓度c的标准曲线，如图4所示。从图4可以看出，en和9am的最大激发波长强度都随着溶液浓度c的增加而增加，最大激发波长强度与示踪剂浓度c呈线性关系，线性拟合方程分别示于方程(3)和(4)中:

Y1等于2.79×108c 279.25(3)

Y2等于2.31× 108c-189.37 (4)

其中c是一系列标准溶液的浓度，y1是最大激发波长en的强度，y2是最大激发波长9AM的强度。

图4 en和9am的最大激发波长强度与溶液浓度的关系

2.6实验测量过程

PS停留时间分布在线检测装置如图5所示。单螺杆挤出机的挤出速度设定为30-60 r/min，示踪剂的剂量设定为0.01-0.03 g。由于单螺杆挤出机和双螺杆挤出机的不同进料形式，双螺杆挤出机具有单独的进料装置以在其“饥饿”状态下进料，并且单螺杆挤出机在挤出过程稳定后直接从进料口进料。因此，单螺杆停留时间分布的检测过程也略有不同。测试过程如下:当荧光测试仪的基线趋于稳定，认为挤出过程稳定时，控制料斗中聚苯乙烯颗粒的量，直到看到螺杆，然后从进料口以脉冲形式加入示踪剂，迅速加入聚苯乙烯颗粒；从添加示踪剂(t=0)开始，启动荧光在线检测装置，在探头处以1 Hz的频率采集信号，并在信号处理过程中扣除无示踪剂的基线强度。

2.7示踪剂的选择

示踪剂的剂量、温度和螺杆转速控制在45 r/min不变，仅改变示踪剂的类型，并且根据图5所示的过程测量PS的停留时间分布。图6(a)是显示示踪剂en和9-AM的电压信号强度随时间变化的谱图。图6(b)是根据等式(1)和(2)计算的PS停留时间分布谱。从图6(b)可以看出，在螺杆转速、温度和示踪剂用量不变的情况下，由两种示踪剂获得的E(t)和F(t)曲线彼此吻合良好。可以看出，两种示踪剂都能表征聚苯乙烯的停留时间分布。考虑到电压信号强度应强且清晰，选择en作为示踪剂来表征聚苯乙烯在单螺杆挤出过程中的停留时间分布。

图5PS停留时间分布在线检测装置示意图

图6是带有示踪剂en和9-AM的电压信号强度和聚苯乙烯停留时间分布的时间相关谱

结果和讨论

3.1重复性测试

为了研究所建立的聚合物挤出过程RTD荧光在线检测装置的稳定性和可靠性，在选择en作为示踪剂的条件下，进行了聚苯乙烯挤出的重复实验。图7(a)是三组重复实验示踪剂的电压信号强度随时间变化的谱图。图7(b)是根据等式(1)和(2)计算的PS停留时间分布谱。从图7(a)和图7(b)可以看出，三组实验示踪剂的电压信号强度和PS停留时间分布的E(t)和F(t)曲线谱波动小，符合性好，表明该荧光在线检测装置在高温高压条件下具有良好的重现性，实验测试系统的稳定性好。

图7三次重复实验中电压信号强度和聚苯乙烯停留时间分布随时间变化的光谱

3.2示踪剂剂量对聚苯乙烯停留时间分布的影响

在单螺杆挤出过程中，峰值的起点是示踪剂的最小停留时间，即示踪剂以最快的时间到达测试点的时间。它可以代表材料在挤出机中的最大速度，因此它可以部分地代表材料的流动模式。峰的宽度代表了在不同操作条件下对轴向混合程度的影响。峰值越宽，轴向混合度越好。因此，停留时间分布可以部分地代表挤出过程中材料的流动模式和混合程度[12]。

控制螺杆转速为45 r/min，加工温度不变，依次将示踪剂含量改为0.01、0.02和0.02 g，按照图5所示的过程测量PS的停留时间分布。图8(a)是不同示踪剂剂量的电压信号强度随时间的谱，图8(b)是根据等式(1)和(2)计算的具有不同示踪剂含量的PS的停留时间分布谱。从图8(a)可以看出，示踪剂含量越高，电压信号强度越大；从图8(b)可以看出，不同示踪剂含量的停留时间分布的E(t)和F(t)曲线吻合良好，最小停留时间和峰宽基本相同，表明所选示踪剂剂量可用于检测停留时间分布

从图8(a)中可以看出，0.03 g的EN的剂量电压信号相对较强且清晰，因此示踪剂EN的剂量选择为0.03 g，以研究螺杆速度对挤出PS的停留时间分布的影响。控制示踪剂含量和加工温度不变，螺杆转速依次变为30、45和60 r/min。根据图5所示的过程测量PS的停留时间分布。图9(a)是不同螺杆转速下示踪电压信号强度随时间变化的谱，图9(b)是根据等式(1)和(2)计算的不同螺杆转速下PS的停留时间分布的谱。对于单螺杆挤出过程，RTD分布宽度表明其轴向混合较好。螺杆转速越高，螺杆进料量越大，停留时间分布越窄，表明螺杆转速的增加降低了螺杆的轴向混合度。

图9不同螺杆转速下示踪剂en的电压信号强度和PS停留时间分布随时间的变化

结论

停留时间分布是单螺杆挤出过程中的一个重要参数。本文利用自制的荧光在线检测装置，以聚苯乙烯为试样，在线检测了聚苯乙烯在单螺杆挤出过程中的停留时间分布。主要结论如下:

a)建立在基于转矩流变仪的单螺杆挤出平台上的荧光在线检测装置可以成功应用于检测单螺杆挤出过程中聚苯乙烯的停留时间分布。示踪剂en的最佳激发波长为421 nm，示踪剂的用量为0.03 g。

b)确定示踪剂浓度与荧光信号线性相关。重复性测试结果表明，该荧光在线检测装置具有良好的稳定性。

c)螺杆转速对聚苯乙烯在单螺杆挤出机中的停留时间分布有明显的影响。螺杆速度越快，最小停留时间越小，停留时间分布越窄，表明螺杆速度的增加降低了单螺杆挤出机的轴向混合度。

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摘要:本文是一篇关于在网上测试中撰写挤出机和停留时间及材料论文和硕士、本科研究课题的模型论文。有助于网上试卷的开放报告、相关文献综述和论文题目参考资料。