冷却单螺杆内聚合物熔体传热模型

费 腾 尹 龙 信春玲 何亚东,2*

(北京化工大学 1.机电工程学院； 2.教育部高分子材料加工装备工程研究中心， 北京 100029)

引 言

冷却单螺杆通常用在串联挤出发泡生产线中，主要用于冷却聚合物熔体，以优化熔体的强度和应变硬化性能，从而得到高质量的发泡产品。随着串联挤出生产线生产优质发泡材料的趋势不断扩大，人们对于冷却效果更好的冷却螺杆的需求也与日俱增。因此，如何提高螺杆的冷却效果已经成为聚合物发泡过程中十分重要的环节。

冷却单螺杆挤出机的螺杆几何形状对于生产线的经济运行和泡沫产品的质量至关重要，可以通过改变螺杆几何形状和熔体流动形式来提高螺杆的冷却效果。传统冷却单螺杆通常采用多头开槽螺杆，相对于传统螺杆，人们开发了不同类型的高性能冷却螺杆。例如，Rauwendaal[1]发明了一种高性能热传递(HHT)螺杆，该螺杆通过多头螺棱的相互交错改变熔体的流动形式，从而提高二阶挤出机的冷却能力。Fogarty[2]开发的Turbo螺杆在大导程多头螺杆的螺棱上开设矩形窗口，使各螺槽连通并形成循环通道，提高了螺杆的冷却能力。Barr[3]开发了能量传递提升的螺杆，该螺杆通过不同高度的螺棱来改变熔体流动形式，降低了熔体的温度梯度，使得熔体的温度分布更加均匀。但是，冷却单螺杆一直是由挤出机制造商根据与泡沫制造商签订的保密协议而开发的，关于冷却单螺杆的设计信息很少。

数值计算方法已经广泛应用在模拟聚合物加工的各种设备中，对于冷却单螺杆内聚合物熔体的传热研究也多集中在数值模拟方面。……