09外文资料中文译文-

双螺杆挤出机螺杆转速对聚合物融化曲线的影响螺杆转速对二维温度型材－流动的聚丙烯熔化的影响，是在一个相反旋转的双螺杆挤出机的机筒里进行，使用一种设计试验装置和热电偶温度传感装置，实验设备被连接到一个高速数据记录器和一台电脑。

这个聚合物熔体的流形在挤出机也被显示。

这个在熔体温度变化与挤压型材的时间进行了讨论，依据聚合物熔体时的流量，熔体温度的增加与流体流动的长度、剪切热和导热效果紧密联系。

© 2000 Kluwer学术出版社1．介绍一般说来，高分子材料加工设备转换到高分子聚合物材料原料通过外部加热、内部产生的热量和应用的压力。

大家都知道熔体温度对聚合物的生成扮演着重要的角色。

熔化温度变化的影响着聚合物熔体流动特性。

分析传热的聚合物熔体流动显得复杂，不仅是因为摩擦产生的热量，而且由于高温度敏感，非牛顿流体的流变特性[1]。

为了精确测量熔体温度在高分子材料加工、温度传感器应该是非侵入性的，应该对小的测量有很快的响应，给予准确而可重复的测量，对高粘度的聚合物流有强有力的承受能力[2、3]。

研究者设计的各种温度传感器可分成以下类型[2] a)安装好的探针b)横向流动探针c)平行流探针d)嵌入式热电偶套筒。

这些类型的传感器展示两种重要的测量误差，这些源于传导和剪切热效应[4、5]。

这些传感器的使用也导致了聚合物熔体流动模式的改变[6]。

探头对温度变化相对迟钝，由于非曝光热电偶趋于融化。

在流体融化系统中的温度曲线测量中，Van Leeuwen [2]认为并行流程、上游流动控制热电偶是最好的配置，相比较其他的而言，这种形式的热电偶极大降低了流动扰动和探测器墙的剪切流除了给最大的热量精度、反应和机械的稳定性。

虽然有很多参考文献提及单螺杆挤压机聚合物熔体的温度测量和注塑[6－9]，对聚合物熔体在双螺杆挤出机温度的测量却很少重视。

Maier[10]采用红外线(IR)传感器在一个共同旋转的双螺杆挤出机内测量了聚碳酸酯融化温度，和采用一种常见的插入到融化流的热电偶进行了比较。

有人说适用于测量传感器的最大的融化温度是高于总体温度15－30℃。

Sbarski等人[11]发展了理论模型，它可以用来测量低密度聚乙烯的在聚合物熔体挤出过程中的近似温度上升，聚合物熔体用来充满地面轮胎橡胶颗粒。

他们也使用一个正常的热电偶温度探头进行了融化温度的测量，在冲模中测量熔化温度。

他们发现那个实验结果与前人所提出的模型吻合较好。

他们也研究了螺杆的旋转速度对熔体温度变化的影响，发现螺杆转速增加导致热量耗散增大(较大熔体温度上升)。

然而，没有进一步的解释。

Nietsch等人[12]使用红外测温仪在双螺杆挤出过程中对黑色的充满聚乙烯流体的熔体温度进行了测量。

通过改变黑色PE示踪粒子浓度来检测熔体温度的变化。

一般的结果是，随着时间的推移，熔体温度下降到最低点。

熔体温度的增加是由于流动中的剪切热。

在这个目前的工作，聚合物熔体在拥有一个双螺杆挤出机的桶中流动的时间阶梯二维温度曲线用一个设计新颖的温度传感器来测量，最初是Wood[13]开展的，随后是Sombatsompop等。

[3，9](传感器的简短的信息在实验部分探讨)。

这是第一次这种类型的传感器用于双螺杆挤出机中进行了熔体温度曲线的测量。

我们对螺杆转速变化影响聚合物熔体温度曲线变化感兴趣，温度变化结果也被认为是与系统中的流动变化相关。

2．实验2．1．材料和机械摘要采用的聚合物是聚丙烯(PP、P-700J)，由泰国的聚合物丙烯有限责任公司以颗粒形式提供的。

所有的测量利用了HAKKE有限公司(德国)制造的双螺杆挤出机完成，这台机器直径20毫米。

一个扁平钢模(180±钢模入口角度)5毫米直径，15毫米长。

2．2温度传感系统这个温度传感器的设计原则相似于wood发展的[13]随后被Sombatsompop 发展[3，9]。

传感器由内部连接的一系列的热电偶组成，热电偶形成相互关联的网格，垂直的电线由不同的金属制成的。

在这部作品中，要用到Chromel和Alumel(K)。

原则上网格用一个非金属杆架支撑在它周围，杆架由teflon公司制造。

一个C-A网格由直径0.63mm的电线构成，电线强度足够坚固，因其应用了高粘度聚合物。

温度的确定涉及到网格周围的电压[14]。

温度传感器的细节可在先前的研究中[3，13]查得。

2．3实验装置和准备工作图1表明了双螺杆挤压机桶中测量聚合物熔化温度的准备工作，实验装置装在桶的尾部。

装置的压力下降由冲模入口附近的装置出口测得。

温度感应装置安在冲模入口附近。

从而使得在传感器和螺杆末端产生一个约65mm的空隙，该准备工作也产生了一些问题，如加热与桶尾端连接部分的困难。

所有测量（温度和压力）由连在私人电脑上的高速数据获取系统获得。

使得时间阶梯二维温度得到发展。

图1实验温度曲线的测量装置2．4温度曲线测量的实验步骤双螺杆挤出机达到理想筒温后，挤出机被移走，被合适的装置代替，它适用于筒的底部。

余下的实验仪器按顺序组装，用4个M12螺栓夹住零件。

聚合物（PP细粒）装入料斗，当装置温度到达理想值，进行2分钟挤压，装置中便出现聚合物熔体。

熔体保存30分钟，使熔体温度均匀稳定，这被称做等温条件[9]。

螺杆开始旋转，记录温度压力数据。

记录的数据是挤出时间的功能（500秒），聚合物熔化温度由不同的螺杆转速得到。

温度曲线的精确性很大程度上依赖于温度传感器的有效性和灵敏度。

实验误差取决于一个启停实验[2，4]。

即传感器安在桶中横向流动，熔化温度由高速数据器决定，当流体在开始5s和结束前5s时。

螺杆停止后，熔体温度的稳定或波动决定着测量装置的精确性。

试验误差是±2.5％。

装置温度是190度。

由于传感器的设计[3，9]，穿过桶径的各个位置温度可同时测得。

由于降低了半径位置，温度数据被保存。

令人感兴趣的位置是0.0(导管中心)，0.4和.8。

在等温条件下[9]，应记录下初始温度。

2.5流体直观化分析PP熔体在挤压机的直观化和温度测量的研究中，所有实验装置和条件被提前拥于温度测量。

目的是了解在温度测量时，聚合物熔体的流动和状态是怎样的，并试图建立温度和流动场的关系，流动的直观化用来解释流体温度曲线的变化。

颜料聚丙烯细粒，与非颜料PP细粒混合，来跟踪聚合物熔体的流动形式。

前面的[15]表明了颜料不能影响熔体的流变特性。

通过冷却实验装置和切开从桶中移除的聚合物杆，聚合物的流动就可以观察和分析。

详细的步骤列于别处[15]。

3．结果和讨论3.1螺杆转速的影响图2－6列出了PP熔体的温度曲线，在每个r/R作为挤压时间的功能，对不同的螺杆转速（3到140rpm）。

测量时间为500秒。

总体上，可发现熔体温度在所有情况（3rpm除外）缓慢降低然后迅速增值一个稳定量，且高于先前的熔体温度。

在螺杆3rpm时，由于熔体的低流率，温度不随时间改变，导致了较低的剪切热。

初始流动阶段熔体温度降低是由于连接筒尾端的热传导。

挤压初始阶段熔体温度的降低是由Nietsch[12]发现的。

可得到随螺杆转速增大，温度最小量的宽度变得狭窄。

熔体温度的迅速增加是由于如[16]中的相当大的剪切热。

有趣的发现熔体温度到达稳定时，每个螺杆速度不温度在稳定区，对每一个螺杆速度导管熔体温度不一致，导管中心熔体温度高于其它r/R处。

然而，增大螺杆转速，不同的r/R位置熔化温度的不同变得不明显。

对于一个给定的半径位置可知，螺杆转速越高，熔化温度波动越大，特别是螺杆转速14rpm。

这是由于剪切热和热传导影响的[6，16]。

在这种特殊情况下，穿过导管的熔体的温度不同，是由挤压机中的流动形式来解释的。

没有考虑流动形式的定量测定，流形仅用来描述不同的r/R下熔化温度的不同。

图7和8表明在筒长的不同点选出的PP熔体流动的直观化，对双螺杆转速分别为30rpm和140rpm，横向到纵向的部分流动形式。

半径流动形式使我们跟踪流动性态来确定定量熔体的温度变化曲线。

通常，流动分两部分，第一是筒壁周围，即沿着筒的周围，是周向流动。

另一种是中心流动，即熔体围绕中心旋转。

在图7条件下（螺杆转速30rpm）中心流动特别是螺杆顶部附近的流动较大。

中心流在接近传感器时开始降低。

图8（螺杆转速140rpm）明显看到周流最大。

一项对于在温度曲线下流动形态的变化的尝试完成了，记录如下：1．半径熔体温度曲线：从图7和8的流形，周流中的一大部分在熔化温度穿越流动通道时比中心流动更均匀。

熔化温度升高是由于剪切热受热传导抑制。

前边表明，增大螺杆转速能产生大的周流，意味着周流的流动长度增大，这导致r/R为0.4到0.8周围熔化温度增大。

这样在各个r/R位置处熔化温度的不同就减小（半径熔化温度曲线更均匀）。

2．比较而言，中心处高熔化温度：低螺杆转速，能看到熔化温度在穿越流动通道时有较大不同，导管中心周围温度较高。

这可以想到流动的发生。

图7，中心流围绕在圆周的一半处，在流经筒中心线之前，这种材料流动长度较长，导致了剪切热增大和导管中心的高温。

高螺杆转速下，中心流长度减小，被周流长度的增大所代替（因此增大了前述的剪切热）。

结果在高转速下温度分布更均匀。

3．熔化温度的最大量：考虑的另方面是熔化温度增大，与前的温度（190℃）比较。

发现温度使螺杆转速变化。

转速越大，温度最大值越大，这与Sbarski[11]的文献吻合。

可能有以下几点原因：首先，增大螺杆转速使剪切热和熔化温度增大[5]。

第二，考虑低和高转速的流形。

可知在高螺杆转速下周流流形比低速下更长，由于高转速提供了大的流体旋转半径和高的熔化温度。

可知传感器位置后面聚合物沿着流动通道，没有任何周流和中心流，流形与[17]提到的类似。

3．2与理论温度比较将实验结果与理论值比较是有必要的。

流动聚合物期望的温度变化是由通过传导的热量得失之和以及聚合物液体[18]粘性消耗的比率决定。

在双螺杆挤出条件下，温度升高的最大值（⊿Tmax ）由于机械能转化为热能，流动可在数量上进行估计，方程如下[18]：⊿Tmax ＝Cp1[Q h +Q N ρπ602Γ-ρp ∆] 式中Cp 是确定的热量，Qh 是挤压的总热量，是熔化物密度，Q 是体积流率，N 是螺杆转速，Γ是扭矩，⊿P 是冲模压降。

研究中，假设没有热量（Qh ＝0）进入系统。

上述方程所有参数同时获得，除了文献[19，20]提供的熔体密度和具体热量，列于表I ，表II 列出了各种螺杆转速下实验值和理论值的比较。

发现熔体温度增大在两种情况下不同，理论值远大于实际值。

这个差异有以下原因。

首先，由于流动部分使误差增大，而上述方程没有列出。

从先前的结果看，许多流动部分，如周流中心流可以发现。

第二，计算时一些参数C，Cp，是由[19，20]通过独立方法得出，聚合物熔化时测量条件不同，导致计算误差。