摘要：充满度在双螺杆挤出机领域用于表征物料在流道内的占有比例，占有比例的变化会影响机筒内部的速度场、压力场和停留时间。在同向双螺杆挤出机的工作过程中，机筒内部的充满度高低会影响混合能力从而导致成品质量有所偏差。另一方面，近年来充满度的测量方法虽然已经有了相关研究，但目前并没有对同向双螺杆挤出机在不同工况下充满度的预测模型，充满度对双螺杆混合效果的影响的相关研究也较少。为此，以常温的羧甲基纤维素钠（CMC-Na）流体作为实验用流体，在自研同向旋转双螺杆挤出设备上进行实验，实验得到螺杆转速、喂料速度和充满度的对应关系，建立起一种同向双螺杆挤出机充满度的预测模型。根据预测模型，进行实验探究充满度对双螺杆分散混合能力的影响，实验结果表明，双螺杆挤出机在充满度为0.4~0.6之间分散混合能力较为优异。

　　关键词：同向双螺杆挤出机；充满度；螺杆转速；喂料速度；分散混合

　　0引言

　　同向旋转双螺杆挤出机作为一种高效的挤出设备，有着良好的混合能力和自清洁能力，在食品、医药和高分子材料等领域都有着广泛的应用[1-6]。在产品加工生产过程中，工厂为了追求产品的产出数量，常常采用饥饿喂料，希望挤出机在全充满的状态下进行工作。然而在实际工作过程中，双螺杆挤出机机筒内部多为非充满状态，无法达到全充满状态。

　　充满度在双螺杆挤出机领域用于表征物料在流道内的占有比例，占有比例的变化会改变流体在流道内的流动轨迹，机筒内部的速度场、压力场以及流体在机筒内部的停留时间也会产生变化，这对双螺杆挤出机的分散混合能力带来比较大的影响，从而影响最终产品成品的质量，这意味着对于充满度的研究非常必要[7-16]。另一方面，充满度的测量方法虽然已经有了相关研究[17]，但目前并没有对同向双螺杆挤出机在不同工况下充满度的预测模型，充满度对双螺杆分散混合效果的影响的相关研究也较少。因此，本文对于充满度对同向双螺杆挤出机混合效果的影响进行探究。

　　充满度主要由螺杆转速和喂料速度二者共同决定[18]。本文使用自研实验用同向旋转双螺杆挤出设备，通过实验得到螺杆转速、喂料速度和充满度的相互关系，建立一种同向双螺杆挤出机充满度的预测模型。根据该预测模型，得到所需要不同充满度下螺杆转速和喂料速度的值，对双螺杆在不同充满度下的分散混合能力进行探究，分析双螺杆挤出机充满度与分散混合能力的关系。

　　1实验部分

　　1.1实验设备及原料

　　自研实验用同向旋转双螺杆挤出设备：SJ35×12型，广东省高分子材料先进加工工程技术研究中心与五邑大学智能制造学部联合研制。

　　CCD相机：瑞士堡盟（baumer）/VCXG-124C，广州益业机电设备科技有限公司。

　　羧甲基纤维素钠（CMC-Na）：fvh 6-7，纯度99.72%，取代度0.72，重庆力宏精细化工有限公司。

　　配置黏弹流体：将CMC-Na粉末置于烘干箱中，设定烘干温度为40℃,静置8 h。烘干后，以1.5%的配比配置CMC-Na非牛顿流体，将纯净水加热至50℃,多次少量加入CMC-Na粉末，稳定搅拌2 h后，静置8 h以排净气泡。

　　使用旋转流变仪设备（HAAKE MARS 60，赛默飞世尔科技有限公司），转子直径为60 mm，温度设置为20℃,对CMC-Na流体进行流变测试，得到CMC-Na流体密度ρ=1 040 kg/m3。剪切速率设置范围为0.01~1 000 s-1，得到CMC-Na流体的黏度与剪切速率关系的曲线，如图1所示。由图可知，CMC-Na流体的黏度随着剪切速率的增大而减小，即CMC-Na流体符合假塑性性质，是一种假塑性流体[19-20]。而在挤出领域中，螺杆挤出成型所用到的高分子材料大多具有假塑性流动性质。

　　红色油性色浆示踪剂：型号YT-1，东莞友盟色浆有限公司。