聚合物网:请您介绍一下单螺杆挤出成型理论的发展过程,以及今后的研究重点。
薛平教授:根据文献上的介绍单螺杆挤出成型理论的发展主要有三个阶段。第一阶段是上世纪50年代以前,其主要研究成果是基于摩擦输送的固体输送基本理论和有关螺杆计量段流场、熔融流率和能耗的计算;第二阶段是上世纪50年代至70年代,在此期间通过实验手段研究了单螺杆挤出机的熔融过程,并对固体输送和熔体输送理论进行了深入的探讨;第三阶段是上世纪70年代以后,研究人员提出了经典的单螺杆挤出过程熔融模型,形成了较完整的单螺杆挤出理论,把挤出螺杆分成三段,即固体输送段、熔融段、熔体输送段。随着计算机技术的发展,对“三段理论”进行了大量的模拟求解,使理论发展速度更快,先后产生了一些新的挤出理论。 北京化工大学的塑料成型及塑料机械研究所对单螺杆挤出成型理论做了大量深入的研究,以研究所创始人朱复华教授为首的研究团队不仅对固体输送、熔融输送及熔体输送理论进行了进一步的研究,并针对固体输送理论的缺陷和熔融过程理论,富有创见性的提出了非塞流固体输送理论和固相破碎理论。这也是研究所在单螺杆挤出机领域的创新之处。
对于今后的发展方向,无论是市场还是理论发展,都要围绕市场需求,优质、高效、多功能、低耗能的方向发展。众所周知,单螺杆挤出机的混合效果和排气效果不良,所以今后要通过新型挤压系统的设计,不断提高单螺杆挤出机的挤出性能。
聚合物网:您的最新的科研项目“单螺杆挤出机新型挤出理论研究”,主要“新”在何处?你觉得这项研究对我国单螺杆挤出机的发展会起到什么作用?
薛平教授:单螺杆挤出机新型挤出理论肯定不同于我们前面所说的“三段理论”。常规单螺杆挤出机的输送主要靠摩擦拖曳,也就是凭借螺杆与机筒之间的摩擦差进行输送,必然存在漏流和反压流,使输送效率降低。而双螺杆挤出是正位移输送,简单地说就是加进去的物料强制输出,从而使输送效率大幅提高。我们课题的创新之处首先是提出一种新的固体输送理论——双螺棱推动理论(或称TGL理论),也就是在机筒和螺杆上都设计有螺旋槽,其核心思想是避免固体塞发生周向剪切,实现单螺杆挤出机由拖曳输送向正位移输送转化。其次,由于正位移输送,实现高产量,达到节能的目的。这也正是之前我们提到的单螺杆挤出的发展方向。我们这项研究的理论基础是基于德国的IKV系统,但又完全不同于IKV理论体系。在此基础进行深入研究形成单螺杆挤出机新型挤出理论。
聚合物网:近几年,我国对塑料机械的需求量一直在增长,这对于国产塑机来说,发展空间很大,您认为我国的塑机业如何抓住机会,在不断的创新中发展。
薛平教授:现在中国已经成为世界塑料机械最大生产国,尤其是注塑机的产量位于世界第一。但是整体印象是质量差,成本低,价格低廉。我国当初发展塑机产业就是从测绘起步的,没有理论上的创新和研究,仅限于“仿造”国外机器。和国外相比,我们在设计思路和理论基础上还存在差距。发展过程中,我们不仅仅是要做到根据材料、制品来设计成型设备,还要主动开发设计新的机型来引导市场消费。另外,国产塑机业还要走高产,高效,多功能化,精密化的创新路线,设计制造出符合我国国情的节能、环保产品。
人物简介:薛平,男,1963年11月生,教授,博士生导师,研究所副所长。1988年至今在北京化工大学工作;2001年晋升为教授。
长期从事塑料工程及聚合物成型加工方面的研究工作。先后承担了国家“八五”攻关项目、北京市自然科学基金项目、教育部骨干教师资助项目、中国石化总公司科研开发项目、国家“十一五”支撑计划项目、国家自然科学基金项目及企业横向委托技术开发和转让项目等八十余项, 已发表论文70余篇。已获3项国家级、省部级科技进步奖。 已申报国家发明专利12项授权,已获授权5项国家发明专利。
主要科研成果:
超高分子量聚乙烯(UHMWPE)系列成型技术与装备、环保型聚合物基木塑复合材料及系列成型技术与装备等、储能相变材料及储能建筑材料制品成型装备与成型技术、单螺杆挤出机挤出理论等。