输入波动对无溶剂复合混合效果的影响研究

# 输入波动对无溶剂复合混合效果的影响研究 ## 1 引言 无溶剂复合技术是印刷包装行业的三大绿色环保技术之一，但目前它还无法完全取代高能耗、有溶剂挥发的干式复合工艺。主要原因在于无溶剂复合产品的抗剥离性能低于干式复合产品，这不仅受无溶剂复合胶本身的影响，还因为无溶剂复合机在实际工作中难以保证高精度的混合比例，而混合比例的准确性对无溶剂复合产品的抗剥离性能影响很大。 无溶剂复合设备分为无溶剂复合机和无溶剂复合混胶机，混胶机为复合机提供混合好的复合胶。其配比和混合系统是核心，直接影响无溶剂复合胶的性能。实验表明，无溶剂复合A、B胶的比例对产品抗剥离性能有重要影响，所以配比精度和混合效果对产品质量至关重要。在无溶剂复合设备中，静态混合器芯轴直径不同、A和B材料的入口流速不同，都会导致不同的混合效果。 一般来说，无溶剂复合混胶机通过齿轮泵实现A、B材料的配比，配比由输送A、B材料的齿轮泵转速比决定，按比例输送的A、B材料进入静态混合器进行混合。因此，齿轮泵决定配比精度，静态混合器决定混合效果。为了确定配比，需要分析齿轮泵输出流量与转速的关系。 ## 2 圆弧齿轮泵输出流量分析 ### 2.1 工作原理与流量公式 圆弧齿轮泵通过两个齿轮啮合形成封闭空间，改变封闭油腔体积实现吸油和排油功能。通过建模模拟计算，可得到圆弧齿轮泵的瞬态出口流量公式： \[ Q_S = \omega\left[\frac{m^{2}z^{2}}{4}\cos^{2}\alpha\times\left(\theta - \frac{(n - 1)\pi}{z}\right)^{2}-\frac{\pi m^{2}z}{4}\cos^{2}\alpha\times\left(\theta - \frac{(n - 1)\pi}{z}\right)+\frac{\pi m^{2}z}{4}\cos\alpha\right],\quad\theta\in\left[\frac{(n - 1)\pi}{z},\frac{n\pi}{z}\right],n\in1,2,3\cdots \] 其中，$Q_S$ 是圆弧齿轮泵的瞬时出口流量，$\omega$ 是齿轮泵转速，$m$ 是齿轮泵模数，$n$ 是齿轮泵的波动周期，$Z$ 是齿轮泵的齿数，$\theta$ 是齿轮泵在时间 $t$ 后的转角。从公式可以看出，流量随时间呈周期性波动。 ### 2.2 具体参数计算与流量曲线 圆弧齿轮泵的主要结构参数如下表所示： | 齿数 | 模数 | 压力角 | 有效齿宽 | 出口压力 | 进口直径 | 中心距 | | ---- | ---- | ---- | ---- | ---- | ---- | ---- | | 8 | 5.775 | 14.5° | 52mm | 0.6MPa | 10mm | 24mm | 将表中的参数代入公式，并假设材料A的齿轮泵进料速度为60r/min，可得到材料A的瞬时流量参数公式： \[ Q_A = 32.656\times(5.04\times6.28t - \frac{(n - 1)\pi}{8})^{2}-1.98\times(6.28t - \frac{(n - 1)\pi}{8}) + 2.04,\quad t\in\left[\frac{n - 1}{16},\frac{n}{16}\right],n\in1,2,3\cdots \] 假设无溶剂复合A、B材料的体积比为1.25:1，则材料B的进料速度为48r/min，代入公式可得材料B的瞬时流量参数公式： \[ Q_B = 26.1248\times(5.04\times(5.024t - \frac{(n - 1)\pi}{8})^{2}-1.98\times(5.024t - \frac{(n - 1)\pi}{8}) + 2.04),\quad t\in\left[\frac{n - 1}{12.8},\frac{n}{12.8}\right],n\in1,2,3\cdots \] 使用MATLAB软件对瞬时流量公式进行成像，得到齿轮泵流量随时间的曲线。为确定混合器入口A、B进料液的实际流量比，将两种进料液的瞬时流量曲线相除，计算不同时间的A/B进料液流量比实际值，最终得到A/B进料液流量比曲线。 从流量比曲线可以看出，由于齿轮泵结构导致混合器入口进料液输入不恒定，在混合输入前，两种待混合进料液的混合比例不准确，存在一定偏差，且呈周期性波动，波动周期约为0.347。对这些数据进行处理和分析，得到无溶剂复合A、B的流量比数据如下表所示： | 参数 | 流量最小值 | 流量最大值 | 理想流量值 | 误差范围 | | ---- | ---- | ---- | ---- | ---- | | 值 | 1.1325 | 1.3794 | 1.25 | 0.2469 | ## 3 输入波动对混合效果的影响 ### 3.1 模拟计算预处理 研究团队使用的是上海康达化工有限公司开发的WB8118A/B双组分无溶剂复合胶粘剂，其