[发明专利]一种橡胶加工用挤出机

权利要求书

1.一种橡胶加工用挤出机，其特征在于，其中包括驱动装置、变速机构、进料机构、双螺杆挤出机构、传感器和控制系统；

其中控制系统与驱动装置电气连接，驱动装置通过变速机构驱动双螺杆挤出机构运行；物料通过进料机构进入双螺杆挤出机构；

其中，进料机构包括三个重力进料器，在进料前段通过两个重力进料器分别加入橡胶和聚丙烯，在进料后段通过粉末进料器加入粉末形式的固化剂；使用两个进料器在进料前段加入橡胶和聚丙烯预混合，以便在交联反应步骤之前将橡胶彻底分散在聚丙烯基体中；使用粉末进料器在后端引入粉末形式的固化剂；以恒定速率加入固化剂；

位于挤出机上的传感器用于连续监测和测量各种变量，包括整个挤出机的螺杆速度、壁温和熔体温度、挤出机马达负荷、熔体压力和进料速率；

其中，双螺杆挤出机构的螺杆的最佳通道深度和用于最佳通道深度的最佳螺旋角通过以下方式获得：

螺杆速度v的分量速度v_x和v_z由下式给出：

其中，D是螺杆的直径，th是刮板厚度，W是通道宽度，h是通道深度，Pi是节距，c是间隙，ω是螺杆的角速度，是螺杆的螺旋角；

在下行通道或z方向的矩形通道中的流动的动量方程为：

其中，ρ是密度，p是压力，g是重力加速度；

剪切应力的本构方程为：

由于通道内的材料流是粘性的，使得在简化假设的情况下仅存在一个速度分量v_z，则运动方程简化为：

由于在正常操作范围内的剪切稀化行为，粘度被认为遵循剪切依赖性的幂律方程；粘度的剪切依赖性的幂律为：

通过将公式(5)的幂律粘度模型代入到公式(4c)中，可得运动方程为：

使用螺杆直径作为基础参数引入以下无量纲参数：

其中，l是螺杆长度，η是粘度，m₀是一致性指数；

运动方程的无量纲形式写为：

通道长度和螺杆长度之间的关系是:

Z_s＝Zsinφ (9)；

其中Zs是螺杆长度，Z是通道长度，Z＝z/D，z为在螺杆槽下坐标轴上的距离；

将剪切率作为流动指数范围的正值，这样无量纲运动方程可以写为:

其中，P是无量纲压力，U是无量纲速度，Y是垂直于螺纹根部的无量纲距离，y是与螺纹根部垂直的坐标轴上的距离，Y＝y/D；

寻求公式(10)的解析解，通过将公式(10)积分一次并简化，得到的方程为：

A1是积分常数；可以使用以下形式的二项式级数来展开该方程的右侧：

在使用二项展开和在第二项处截断来展开公式(11)之后，公式变为：

利用以下边界条件对公式(13)积分:

U(0)＝0 (14a)

U(H)＝cosφ (14b)；

通道中材料的速度分布的公式为：

其中，H是无量纲通道深度，H＝h/D；

方程(15)可以在通道表面积上积分以获得无量纲体积通过量为：

公式(16)右侧的第一项是由于螺杆旋转而产生的阻力流动分量，而第二项是压力流动分量；阻力流是螺杆的理论输出，如果在螺杆的排出口不存在模具，则预期该理论输出；压力流分量表示与阻力流相反的假想流；

通过对H求微分方程(16)来获得最大吞吐量的最佳通道深度，即使得：

通过重新安排和简化，求得：

通过对对公式(16)求微分，即获得螺杆挤出机的最大通过量的最佳螺旋角，使得：

通过替代三角关系得到：

通过将公式(18)代入公式(20)，可以获得用于最佳通道深度的最佳螺旋角：

进一步简化：