1)课题研究的背景

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1、一・阐述该课题的研究意义，或工程设计的价值和意义，国内外概况和发展趋势，选题的先进性和实用性，技术难度及工作量(3000字左右)o1)课题研究的背景20lit纪以来，随着高分子材料科学的发展以及人类社会对高分子材料的人量需求，各种功能的高分子材料已在国民经济的各个领域得到了广泛的应用，橡胶作为髙分子材料的重要一员，其作用越来越显得重要，橡胶产业已成为国民经济支柱性产业，其产品遍布社会的每个领域，同时橡胶又是非常重要的战略物资。而橡胶混炼又是高分了材料加工研究领域的重耍的工序2—，口F.H.Banburyl916年发明密炼机以来，间歇式密炼机时至今日仍是橡胶丁业生产中的关键设备。

2、密炼机是在开炼机基础上发展和完善起來的一种高剪切间歇式混炼设备，主要用于橡胶的塑炼及混炼，其次用于塑料、沥青等其它高分子材料的混合以及橡塑共混等。和对于开炼机来说，密炼机的密炼室是完全密闭的，混炼过程屮物料不会外泄，因而可避免混合物中添加剂的飞扬及损失，并且可以加入液态添加剂。密炼室的密闭性有效地改善了工作环境，降低了劳动强度，缩短了生产周期，提高了生产效率并为自动化技术的应用创造了条件，因此它已经成为橡塑工业中最关键的混炼设备。因此，密炼机结构的改进和整体性能的提高成为橡胶行业追逐的H标。但是，众所周知，由于密炼机对胶料的塑炼、混炼是在密闭的密炼室屮进行的，人们无法直接观察其

3、内部的混炼情况，即物料在密炼室屮的流动机理或流动情况，也无法判断密炼室内部转子的运转情况，所以也就无法建立起完全正确的混炼理论和数学模型，以及无法确定如何改进设备的整体性能才能更好的进行胶料的混炼。针对这一问题，许多人采用透明密炼室或安装有有机玻璃视窗的密炼室来进行观察。如英国洛夫博拉夫(Loughborough)工业大学的弗里克莱(Freakley)等人在1979年首先开创了在密炼机加工过程中的可视化研究⑴，他用装配了有机玻璃视窗的模型密炼机观测聚合物的流动情况并研究硅橡胶的流动。后来美国俄亥俄州阿克隆大学的明(K.Min)、怀特(J.L.White)>木瑞卡瓦(Morika

4、wa)>塞土阿(D.K.Setua)、胡本飞(BenfeiIIu)和克蒙(P.S.Kim)等人进一步发展了该项技术，他们不仅研究胶料的运动、混合过程以及胶料在密炼室屮的循环情况，而R还研究了当转子构型及类别不同(剪切型和啮合型)时，胶料的流动和混炼机理。如1985〜1988年明和怀特等人采用装有有机玻璃的实验用密炼机观察了天然胶、顺丁胶、丁苯胶和低密度聚乙烯(LDPE)、施度聚乙烯(HDPE)、聚苯乙烯(PS)的混炼。1987年他们又利用该密炼机混炼弹性体并加炭黑和油料，观察其流动情况⑵。虽然我们可以做岀透明密炼室來观察密炼室内部聚合物的流动情况，但是,这样做由于简化了工艺条件

5、，与实际的生产情况相差很大，所以就无法正确地分析其流动机理，更无法建立起完全正确的混炼理论和数学模型。为了更好地研究密炼室内聚合物的流动情况，对密炼机混炼过程中的温度场、流场进行分析，并提高密炼机的混炼效率和炼胶质量，使人们更加清楚地掌握混炼过程、混炼机理以及密炼家内胶料的流场和温度场变化情况，本课题将运用有限元等相关软件对密炼机混炼过程中密炼室内的温度场和流场进行模拟并拟做相关实验进行验证，以达到完善现有密炼机混炼机理和混炼理论的a的。1)课题研究的意义密炼机的混炼过程十分复杂，所涉及的问题多属流变学和热力学方面的问题。混炼过程中温度、压力、转子的转速等对产品的产量和质量有很

6、人彩响。但是在传统的设计屮，许多参数的选择都是凭经验和一些理论确定，所设计的部件的合理性要通过多次实验才能知道，整个机台设计完成以斤仍需通过多次的试制和修改來满足设计要求，这样不仅使设计的生产周期很长，而且浪费了大量材料。同时由于聚合物熔体的变粘度特性，使得数学模型的建立和分析计算也变得非常困难。但是随着当今科学技术、计算机技术和计算方法的发展，有可能在变粘度的前提下，研究聚合物熔体的速度场、压力场、温度场等流动特性，对传统的经典理论重新进行探讨，探索与实际情况尽可能一致的模拟计算，真正地把理论应用于实践，并且在设计阶段就可以模拟出物料的流动、分散情况以及温度场的分布情况，把所

7、有影响到混炼胶质量的因素都纳入到可以控制的手中來，进而改善和合理分配各种条件。有限元模拟所得到的结果包括密炼室内胶料每一点的速度和压力，这是实验测量所无法完成的，通过对模拟结果的分析，可以更好地改进转子构型和各种混炼工艺参数。大量的文献资料证实，数值模拟方法是一个提高像密炼机等设备性能的有效工具。这样把实验过程放在计算机上进行，以大大提高橡胶混炼的质量，从而提高生产率。本课题将对密炼机混炼过程中密炼室内的温度场和流场进行尝试性的、系统性的模拟，并且建立起理想的数学模型，以解决□前实际生产中存