Ludovic-螺杆构型优化

实际挤出机：

Bautek BA-11。总螺杆长度500 mm，机筒内径11 mm，螺杆中心距9 mm，螺杆与机筒间隙0.1 mm。

螺杆构型：

成熟 RK4 螺杆构型：在捏合块布置反向输送块。

改进型 RRK3 螺杆构型：反向输送块前端的正向捏合块替换为反向捏合块，并重新调整反向元件排布方式。

材料：

再生聚丙烯（r-PP），熔点164 ℃，25 ℃密度1.386 g/cm³；

再生PET（r-PET），熔点237 ℃，25 ℃密度0.971 g/cm³；

马来酸酐接枝聚丙烯（PP-g-MAH），熔点156 ℃，25 ℃密度0.934 g/cm³；

Cloisite 20A有机蒙脱土，密度1.80g/cm³，平均粒径小于10μm。

仿真模拟：

熔融共混实验：

为验证Ludovic仿真优化后的螺杆构型效果，采用韩国Bautek BA-11 型同向双螺杆挤出机加工 r-PP/r-PET 共混料，设备长径比 40:1。机筒温度区间 150–270 ℃、螺杆转速 300 rpm、喂料速率 0.12 kg/h，全部加工参数直接采用仿真**值，保证仿真与实验条件一致。

采用 Ludovic 挤出仿真软件对比 RK4 传统构型螺杆与全新 RRK3 反向捏合构型螺杆的加工行为。RRK3 内置反向捏合块，理论上混炼性能优于 RK4 基础构型；通过仿真对比两种螺杆的核心挤出参数：停留时间分布（RTD）、比机械能（SME）、熔体黏度、累积应变。

A 平均停留时间

平均停留时间代表物料从进料口到模头的输送时长；改性 RRK3 螺杆在所有配方体系中均延长物料停留时间：

• 纯基体共混料：RK4 593.8 s → RRK3 655.9 s

• 添加 PP-g-MAH 共混料：RK4 594.4 s → RRK3 653.6      s

• PP-g-MAH/Cloisite 20A 复合体系：RK4 612.6 s → RRK3 673.6 s

RRK3 反向捏合块延长物料滞留时间，实现更充分的混炼。熔体通过反向元件时需克服压力梯度。该区域熔体完全充满螺杆槽；仿真预测停留时间 10–11 min（593.8~673.6 s），与示踪剂实测出料时长 8–10 min 高度吻合。RRK3 独特反向结构在出口侧形成强阻流效应，局部压力相较 RK4 提升约 53.9%，最高达17.33 bar；填充系数数据显示 RRK3 区段熔体完全充满（填充系数 = 1.0），最高 1714.15 s⁻¹的高剪切速率均匀作用于全部熔体，从而促进了分散相形态的破碎与分散。

B 比机械能 SME（混炼强度核心指标）

RRK3 螺杆可显著提升比机械能输入：

• 纯基体：434.2 → 493.2 kWh/t

• PP-g-MAH 增容体系：556.4 → 635.3 kWh/t

• 增容+黏土复合体系：558.6 → 637.9 kWh/t

更高SME代表更强的分散剪切作用。RK4仿真SME区间434.2–558.6 kWh/t，RRK3 区间 493.2–654.5 kWh/t，与实验扭矩计算实测值（RK4：418.9–576.0 kWh/t；RRK3：471.2–654.5 kWh/t）高度匹配，证明仿真模型可精准还原挤出能量平衡。

C 沿螺杆长度黏度分布

RRK3 螺杆剪切作用更强，模头出口熔体整体黏度更低；物料经过反向捏合块时黏度骤升，随后快速下降，改善熔体流动性能。添加增容剂与填料会提升体系黏度，该规律与流变实验结果一致。

仿真耦合Carreau-Yasuda黏度模型与沿螺杆轴向实时变化的剪切速率，精准复现真实熔体行为；仿真测得局部黏度区间50–400 Pa・s，与实验测得剪切变稀区间（10⁴~10¹ Pa・s）物理规律统一。

D 累积应变分布

RK4 螺杆中物料经过输送段时流动顺畅，在捏合区发生形变；RRK3 内置反向捏合区，可短暂阻滞物料流动、强化混炼，有效提升分散效果与两相相容性。反向捏合区集中高压、满填充等强化混炼动力学特征。

参考文献：Synergistic Effects of Reverse Kneading Blocks and Compatibilizers in a TwinScrew Extruder: Boosting Dispersion and Physical Properties of Recycled PP/PET.