Ludovic双螺杆挤出机脱气性能案例分享

在多数聚合物加工过程中，需要对物料进行脱挥，去除挥发性物质或物料杂质以提高产品质量和加工稳定性。双螺杆挤出机是聚合物脱挥的主流设备，其核心优势在于强剪切混炼能力、灵活的排气段设计、可精准控制的物料停留时间，适配单阶 / 多阶脱挥工艺。  

Ludovic软件内置脱挥模型，可对挤出过程中扩散至气相的溶质含量进行量化评估。本文基于Ohara的文章，对pp挤出脱挥过程进行模拟，预测材料中挥发性物质含量变化，评估挤出机螺杆构型的脱气性能。

1 验证

1.1 文献实验装置及步骤

采用同向双螺杆挤出机（长径比L/D=64.6，直径D=26 mm）。甲苯作为挥发性组分，通过液体进料泵，从挤出机的注入口向每千克聚丙烯（PP）中加入质量分数为 3%（30,000 ppm）的甲苯。汽化的甲苯通过真空泵和真空冷阱从下游的排气口收集。

1.2实际挤出机

1.3 Ludovic建模

1.4 脱挥模型设置

1.5 模拟结果

如上图所示，脱气段为两个反向螺纹元件（红色元件）之间的部分，溶质（甲苯）浓度从24kg/m³降低至3kg/m³左右。

2 评估挤出机不同螺杆构型的脱气性能

2.1 五种不同螺杆结果挤出机,具体参数及模型如下；

螺杆构型1、2、3，脱气段螺纹元件导程20mm。  

螺杆构型4，脱气段螺纹元件导程50mm。  

螺杆构型5，脱气段螺纹元件导程20mm。  

2.2 模拟结果

螺杆总表面积（m㎡）：增大螺杆元件的导程会减小脱气有效区域的总表面积。  

脱气段展开长度（mm）:受螺杆几何参数与工艺条件影响。长度越大，脱挥效率越高。

脱气表面积(m㎡)：受螺杆几何参数与操作条件的共同影响（含填充率效应）。增大脱气表面积可提升脱挥效率。

脱气段停留时间（s）：此结果受螺杆几何参数与操作条件的共同影响。延长物料在脱气段停留时间可提升脱挥效率。

从图中可以看出，提高螺杆转速可以有效降低溶质（甲苯）的浓度。而高流速则会减弱脱挥效果。

3 结论

Ludovic软件可向用户提供多项与脱挥相关的结果数据。

•  用于螺杆设计分析的几何参数结果（螺杆表面积与机筒表面积）。

•  用于挤出构型效率分析的脱挥结果数据。

  
  

借助这些结果数据，Ludovic能够帮助用户筛选出最优螺杆设计方案及工艺参数组合，从而实现脱挥工艺的优化。

参考文献：
 

[1]Experimental and Numerical Simulation Study of Devolatilization in a Self-Wiping Corotating Parallel Twin—Screw  Extruder, (Ohara, M.; Sasai, Y.; Umemoto, S.; Obata, Y.; Sugiyama, T.; Tanifuji, S.-i.; Kihara, S.-i.; Taki, K.)