三角形排列的三螺杆挤出机（TTSE），由姜南于2000年设计，具有优良的混合性能，为纳米改性及混合填充提供了便利。TTSE有三个啮合区，一个中心区域，中心区域的熔融物料具有独特的流动特性（如图1），其最大面积是最小面积的37倍，而且熔体经过中心区域时产生拉伸流变，这优于聚合物的共混剪切流变。
图1 三角形排列的三螺杆挤出机（TTSE）中心区域的三维结构。
压力产生和停留时间影响熔体输送和物料熔融，并且通常用于评价混合性能。然而，到现在为止很少有研究考察了工艺参数对压力产生和停留时间的影响。我们考虑了TTSE的中心区域后建立了数字模型，其可靠性我们已经通过比较实验和模拟参数后证实。
我们用计算机辅助设计程序SolidWorks建立了TTSE中心区域的3D模型。为了方便建模，我们简化了实际的中心区域（见图1），等效为锥形模型（具有相同的截面积）。为方便数学计算，假定流动为等温牛顿流动，我们计算出了剪切速率，拉伸率，和流场的平均停留时间。我们计算出面积变化的比例为6：1，并且还发现，该中心区域具有较强的逆流，这是对混合很有帮助的。由此我们得出结论，在混合高粘度比的聚合物过程中，三角形排列的三螺杆挤出机的中心区域起着很大的拉伸效果。
我们进行了实验，进一步研究了TTSE挤出聚丙烯（PP）和三元乙丙橡胶（EPDM）的分散混合效果。扫描电子显微镜图像显示平均EPDM粒径较小，尺寸范围比用双螺杆挤出机（TSE）以相同的处理参数（如图2）得到的更窄。该结果证实了TTSE混合性能比TSE的更好。但是，此处存在一个强烈的剪切作用，因此，我们不能得出关于TTSE中心区域混合作用的任何结论。
图2 （a）TSE挤出的EPDM颗粒尺寸
（b）TTSE挤出的EPDM颗粒尺寸
对于这两种实验和模拟，我们考虑并使用到了相同螺杆的元件，包括左旋螺杆元件（SME）等。我们通过不同的评价方法比较了不同螺纹元件的混合效果。结果表示，捏合段具有更强的剪切力和更好的拉伸效果，中央捏合段和左旋元件对回流有更好的效果。与螺纹元件相比，SME具有较低剪切能力，但具有更大的拉伸和回流效应。
TTSE压力产生和停留时间随工艺参数变化而变化，如出口压力和螺杆转速。我们测量了全局停留时间，并与我们的模型计算的局部平均停留时间进行了比较。我们只能计算流场的一部分，因为整个流场的全局滞留时间在无法量化。结果显示，实验和模拟的停留时间十分一致（如图3）。因此，我们得出结论，模拟数据是可靠的，可作为进一步研究的基础。
图3 模拟局部平均停留时间（a和c）及实验全局停留时间（b和d）与TTSE的入口流量、螺杆转速的关系曲线
我们的模拟表明，TTSE在混合的各个方面均优于TSE。TTSE更容易产生高剪切、更理想的停留时间分布、更高的拉伸率（见图4,图5,图6）
图4 TTSE和TSE的最大剪切应力模拟曲线
图5 TTSE和TSE的停留时间分布曲线
图6 TTSE和TSE拉伸率对比曲线
我们今后的工作将集中于中心区域的拉伸性能研究，以提高分散混合性能。我们正准备用新的评价方法来对比直线排列的三螺杆挤出机（LTSE）和TSE、TTSE，利用数值模拟和实验测量来评估他们的压力产生，混合性能，和能量消耗的差异。我们已经研究出了带有可视化机筒的设备以便更好地检测加工过程，如图7。我们还应探讨三螺杆挤出机的温度变化和能源利用效率。为此，我们已经开发了在线监督控制和数据采集系统，通过的压力和功率量纲参数的变化，并比较粘度的影响，螺杆速度，入口流率，和螺杆配置，来监测输送性能。
聚砜医疗干粉吸入...
塑料包装材料的减...
汽车功能键触摸盖I...
高性能注塑聚丙烯...
