非等温环境中异向双螺杆挤出机不同接触状态对聚乳酸流动影响的仿真

doi:10.19491/j.issn.1001-9278.2025.06.011

中国塑料 ›› 2025, Vol. 39 ›› Issue (6): 54-58.DOI: 10.19491/j.issn.1001-9278.2025.06.011

非等温环境中异向双螺杆挤出机不同接触状态对聚乳酸流动影响的仿真

程媛媛¹^,²(), 黄志刚¹^,²(), 徐珍¹^,², 孙晨昊¹^,², 吴运涛¹^,²

^1.北京工商大学人工智能学院，北京 100084
^2.塑料卫生与安全质量评价技术北京市重点实验室，北京 100048

收稿日期:2024-09-22 出版日期:2025-06-26 发布日期:2025-06-20
通讯作者: 黄志刚（1966—），男，北京工商大学教授，博士，huangzg@btbu.edu. cn
E-mail:xinyuanicy@163.com;huangzg@btbu.edu. cn
作者简介:程媛媛(1999-)，女，北京工商大学在读硕士研究生，xinyuanicy@163.com
基金资助:
国家自然科学基金面上项目(32172277)

Simulation effects of different contact states of isotropic twin⁃screw extruder on polylactic acid melt flow under non⁃isothermal conditions

CHENG Yuanyuan¹^,²(), HUANG Zhigang¹^,²(), XU Zhen¹^,², SUN Chenhao¹^,², WU Yuntao¹^,²

^1.School of Artificial Intelligence，Beijing Technology and Business University，Beijing 100048，China
^2.Plastic Beijing Municipal Key Laboratory of Health and Safety Quality Evaluation Technology，Beijing 100048，China

Received:2024-09-22 Online:2025-06-26 Published:2025-06-20
Contact: HUANG Zhigang E-mail:xinyuanicy@163.com;huangzg@btbu.edu. cn

摘要/Abstract

摘要：

探索在非等温问题中异向双螺杆挤出聚乳酸时不同接触状态对其流道特性变化的影响。利用Solidworks建立完全啮合、部分啮合和无啮合的3种螺杆模型，在Polyflow分析软件中进行相应的数值模拟，对3种螺杆不同接触状态下的聚乳酸流体温度场、剪切速率场与黏度场进行对比研究。结果表明，在非等温问题中，完全啮合状态下聚乳酸熔体具有高剪切速率与适中的黏度的特点，该特点有利于聚乳酸高效高质地挤出；非等温环境中聚乳酸在完全啮合状态下的挤出效果优于其他2种螺杆接触状态。

关键词: 双螺杆挤出机, 异向啮合, 非等温, 不同接触状态

Abstract:

This article reported an investigation on the impact of various contact conditions on the changes in channel characteristics during the extrusion of polylactic acid （PLA） using an opposite⁃direction twin⁃screw extruder in non⁃isothermal issues. Three screw models， including complete meshing， partial meshing， and no meshing were constructed by a Solidworks^® software， and corresponding numerical simulations were carried out by a Polyflow^® analysis software. A comparative study was conducted on the pressure field， shear rate field， and viscosity field of the PLA fluid under different contact states of the three screw models. In the non⁃isothermal case， the complete meshing state exhibited high shear rates and moderate viscosity， which was consistent with the efficient extrusion of PLA. In conclusion， the extrusion effect of PLA in the complete meshing state was superior to the other two screw contact states under non⁃isothermal conditions.

Key words: twin?screw extruder, counter?rotation, non?isothermal, various contact states

中图分类号:

TQ320.66⁺3

程媛媛, 黄志刚, 徐珍, 孙晨昊, 吴运涛. 非等温环境中异向双螺杆挤出机不同接触状态对聚乳酸流动影响的仿真[J]. 中国塑料, 2025, 39(6): 54-58.

CHENG Yuanyuan, HUANG Zhigang, XU Zhen, SUN Chenhao, WU Yuntao. Simulation effects of different contact states of isotropic twin⁃screw extruder on polylactic acid melt flow under non⁃isothermal conditions[J]. China Plastics, 2025, 39(6): 54-58.

图/表 11

螺杆接触类型	完全啮合	部分啮合	无啮合
中心距/mm	21	23	25

表1 螺纹元件建模参数

Tab.1 Modeling parameters of threaded components

图1 螺杆元件端面线形图

Fig.1 Linear diagram of the end face of the screw element

图2 螺杆元件三维模型

Fig.2 3D model of screw element

图3 径向温度云图

Fig.3 Radial temperature cloud chart

图4 轴向温度云图

Fig.4 Axial temperature cloud chart

图5 非等温环境中聚乳酸剪切速率云图

Fig.5 Cloud map of PLA shear rate under non⁃isothermal conditions

图6 等温环境中聚乳酸剪切速率云图

Fig.6 PLlactic acid shear rate cloud map under isothermal conditions

图7 聚乳酸剪切速率折线图

Fig.7 Poly shear rate line diagram

图8 非等温环境中聚乳酸黏度云图

Fig.8 Poly viscosity cloud map under non⁃isothermal conditions

图9 等温环境中聚乳酸黏度云图

Fig.9 Poly viscosity cloud map under isothermal conditions

图10 聚乳酸黏度云折线图

Fig.10 Poly viscosity cloud line diagram

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非等温环境中异向双螺杆挤出机不同接触状态对聚乳酸流动影响的仿真

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