Ludovic-推进剂代料用双螺杆挤出机塑化加工过程的模拟与验证

推进剂代料配方原料:乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)、乙烯-辛烯共聚物(POE)、碳酸钙(CaCO3)、醋酸丁酸纤维素(CAB)、邻苯二甲酸二乙酯(DEP)、炭黑粉(CB)。

优化后代料配方的流变模型：

在相同物料体系下，采用不同工艺参数和螺杆结构进行实验和模拟仿真。

工艺参数：

采用Polyflow和Ludovic两种模拟软件对推进剂代料用啮合平行同向双螺杆挤出机塑化加工过程进行模拟。采用Polyflow对塑化后的推进剂物料的挤出过程进行模拟分析；采用Ludovic进行全局仿真分析。

 

仿真压力结果：

压力结果验证：

上图对比了不同结构下实验与仿真压力结果及压力变化趋势。可知，TJ设备因长径比更大，模拟压力值普遍高于 CP设备。个别组别(如CP/85/10)出现实验压力CP>TJ，主要原因是实验物料为高粘物料，而TJ设备长径比更大在低温低转速工况下扭矩易波动导致压力不稳定，而仿真未考虑机械扰动，因此模拟结果与实验结果出现个别组别的不同。

上图为不同工艺参数下，测试分析点处实验与模拟仿真压力结果变化趋势。可以看出，物料定点压力整体变化趋势基本保持相同，压力随螺杆长径比(TJ>CP)与转速(由5rmin增大至 15r/min)增加显著上升;压力随着计量段温度的上升(85、90、95 ℃)呈下降趋势。

仿真温度结果：

从上图可以看出，全程的温度曲线呈波动上升态势。取计量段与 Polyflow 结果对比发现，温度变化趋势保持一致，当物料输送至 SE 12/12后，温度开始明显上升。这是因为当推进剂代料进入计量段后，随着螺纹导程的减小，剪切作用增强，使得物料温度升高。

温度结果验证：

上图分别对比了实验与仿真温度结果及不同结构下的温度变化趋势。可见，模拟仿真结果基本均高于实验结果，第3组 TJ/85/15(设备为 T;计量段温度为 85℃;螺杆转速为 15r/min，下同)中出现 Polyflow 与实验间的最大温差以及 Ludovic 和实验间的最大温差，分别为7.67℃、1.77℃。

当工艺参数保持相同时，TJ设备由于具有更大的长径比，使得物料受到更大的剪切温升作用，因此TJ设备模拟仿真所得物料温度均明显高于相应的CP组别，但该现象在实验中并不明显。这可能是因为，实验物料为混合粉料，其内含有一定量的水分，当物料受剪切作用出现温升时，物料内的水分会受热蒸发，带出部分热量。而模拟仿真物料由于需要对其流变性能进行测试，因此采用塑化挤出后的颗粒料作为实验物料，其水分远小于实验物料，因此出现模拟仿真结果与实验结果不同的现象图12为不同工艺参数下，测试分析点处实验与模拟仿真温度结果变化趋势。可以看出，整体变化趋势基本保持相同，物料温度随着螺杆长径比、螺杆转速和计量段温度的增大呈上升趋势。

误差分析:

由上图可知:Polyflow和Ludovic 仿真所得温度与实验的最大误差同时出现在TJ/85/15 组别中，两者分别为8.43%和4.14%;Polyflow 模拟仿真所得压力与实验的最大误差出现在CP/90/10 组别中为10.08%；Ludovic 模拟仿真所得压力与实验的最大误差出现在 TJ/90/10组别中，其为11.01%。通过对不同模拟仿真软件结果误差的方差分析发现：Polyflow模拟仿真软件所得结果波动较大。

注：本文是将《推进剂代料用双螺杆挤出机塑化加工过程的模拟与验证》主要内容进行整理。