双螺杆挤出共混物分散相粒子的分散和分布（Ⅱ）：捏合盘错列角的影响

采用同向啮合双螺杆挤出机的不同螺杆组合形式,研究了捏合错列角对双螺杆挤出聚合物共混物表层和内层分散相粒子粒径及其分布的影响。发现螺杆后段采用不同错列角的捏合盘,对于分散相粒子尺寸和分布状态都有明显影响。在塑化区多段式组合的后段采用剪切强、停留时间长的捏合盘(K45°、K60°),可有效地减小分散相粒子尺寸但分布状态不理想;使用 K30°的捏合盘时,分散相粒子分布状态最佳;整体两段式螺杆的前段混合段中设置 K45°捏合盘,有利于分散相含量较少情况下粒子的尺寸及分布的均匀性的提高。     

同向双螺杆熔融段螺杆组合对共混物相态变化的影响

研究了双螺杆熔融段不同螺杆组合对模型聚合物共混体系HDPE/PS相态变化的影响。发现错列角为正向30°及正向60°的捏合块具有较好的输送能力,但不利于物料的熔融和混合;90°错列角捏合块对共混物具有很好的熔融和混合效果,其混合性能甚至优于反向30°捏合块,接近反向60°捏合块;及向螺纹元件对共混物相态变化影响显著。     

啮合同向双螺杆3种构型的模拟分析和实验研究

通过数值模拟方法对3种含捏合盘元件螺杆构型的剪切速率、停留时间和回流量等指标进行了分析,通过实验对3种螺杆构型的混合性能进行了对比。结果表明,90°捏合盘元件与反向捏合盘元件组合可以达到较好的分布混合效果,45°捏合盘元件与反向捏合盘元件的组合可以达到较好的分散混合能力,捏合段加入反向螺纹元件并不能提高分布混合能力,但可以延长停留时间。     

用于超临界CO_2辅助挤出PP多相体系的双螺杆构型优化

为优化自制的可进行超临界CO_2辅助挤出的双阶挤出机组的双螺杆构型,采用不同双螺杆构型(即输送螺杆、剪切螺杆和混合螺杆),以不同类型的分散相为研究对象,制备了聚丙烯(PP)/乙烯-辛烯共聚物(POE)共混体系、PP/纳米CaCO_3和PP/纳米蒙脱土(MMT)复合体系。采用扫描电子显微镜和透射电子显微镜对不同分散相粒子在PP基体中的分散进行了分析。结果表明:混合螺杆能使弹性体POE粒子在PP基体中分散更均匀;而3种双螺杆构型对无机纳米粒子在PP中的分散效果相近,即无机纳米粒子均难以达到纳米级均匀分散。在超临界CO_2辅助挤出制备PP多相体系中,可选择混合螺杆为双螺杆构型。     

新型捏合盘元件不同螺杆构型混合性能的数值模拟

采用POLYFLOW模拟软件分析了啮合同向双螺杆挤出机中新型捏合盘元件下物料的流动模式。考察了新型捏合盘元件的斜棱旋向、捏合块组合的错列角对物料在流道中的剪切速率、出入口压差以及回流量的影响。数值模拟分析结果表明:4种新型捏合块构型的输送特性和混合性能均有所不同。在正向输送能力方面,右旋正向捏合块更佳,在分布、分散混合性能方面,左旋反向捏合块更佳,并且捏合块的正反向比单片捏合块的螺旋方向在输送能力、混合性能上影响更大。     

啮合同向双螺杆捏合块元件混合效果的数值模拟分析与实验研究

对啮合同向双螺杆捏合块元件的动态流场进行了流场模拟与统计学分析，并对分析结果进行了实验验证。通过宽、窄捏合块两种螺杆元件的动态流场模拟，应用统计学分析方法计算了两种流场的停留时间分布、最大剪切速率分布以及固定百分比粒子经受的剪切速率分布随时间的变化。得出了宽捏合块元件的分散混合能力高于窄捏合块的结论，这一结论与实验结果较为一致。     

双螺杆挤出共混物分散相粒子的分散和分布——捏合段数量的影响

采用啮合同向双螺杆挤出机不同的螺杆组合形式，研究了熔融塑化区中捏合段数量对双螺杆挤出聚合物共混物表层和内层分散相粒子粒径及其分布的影响。结果表明，增大塑化区中螺杆前段的剪切作用和物料停留时间可明显减小分散相粒子的尺寸；在塑化区域增加剪切捏合段段数对表层分散相粒子尺寸没有明显作用，但可有效减小内层分散相粒子尺寸；对于在塑化区内采用前后两段捏合段的螺杆组合，增大后段剪切作用和物料停留时间比在前段增加更为有效，可同时显著降低共混物分散相表层和内层粒子尺寸，改善其分布特性。     

啮合同向双螺杆挤出机中组合螺杆性能的数值研究（Ⅰ）瞬态流场分析

采用聚合物流动分析软件POLYFLOW,数值模拟了聚合物熔体在组合式啮合同向双螺杆挤出机ZSK60的组合螺杆中的三维等温流动。在计算所得速度场和压力场的基础上,全面分析并讨论了由不同厚度和不同错列角的捏合块元件组成的组合螺杆的流场分布规律;研究了组合螺杆的输送性能和挤出稳定性;并分别采用平均剪切速率、平均特征剪切应力以及平均拉伸流动指数等瞬态混合指数表征了组合螺杆的瞬态混合特性。此外还考察了两种不同流变性质的聚合物熔体在组合螺杆中的瞬态流场分布规律。所得结论可为双螺杆挤出的数值模拟研究提供一定的方法指导,并为其工程实践提供一定的理论指导。     

啮合同向双螺杆挤出过程聚合物粒料熔融机理研究(三)——反向捏合块组合中熔融机理研究

以装有玻璃视窗的可视化双螺杆挤出机为手段，在不同操作条件下对高密度聚乙烯（ＨＤＰＥ）粒料在不同错列角、不同轴向长度的反向捏合块的熔融过程进行了实验研究。以实验为基础，讨论了加料量、螺杆转速以及反向捏合块厚度与错列角对聚合物颗粒熔融过程的影响。研究表明，反向捏合块的阻力大小对聚合物的熔融过程十分重要，捏合块中物料的充满度与物料的停留时间是聚合物颗粒熔融的决定因素。     

啮合异向双螺杆挤出机中捏合块元件对PE-HD/PS不相容体系混合效果的研究

在常规啮合异向双螺杆上引入不同错列角和不同捏合盘厚度的捏合块元件,将其用于高密度聚乙烯/聚苯乙烯（PE-HD/PS）不相容体系的混合,观察混合体系的相态并分析分散相的粒径。结果表明,增加捏合块元件后啮合异向双螺杆挤出机的分散混合能力得到了提高;捏合块的错列角和捏合盘的厚度对PE-HD/PS不相容体系分散相PS的重均粒径和粒径分布指数有较大影响。     

高分散混合元件设计及混合性能的研究

根据啮合同向双螺杆挤出机的啮合原理,设计了一种高分散混合双螺杆元件。运用Polyflow有限元分析软件对该双螺杆元件的3种螺杆构型的流场进行了模拟分析,并且对这3种螺杆构型进行了实验研究。研究表明,错列角为150°的元件的分散混合性能最好,其次是错列角为30°的元件,错列角为90°的元件的分散混合性能最差。     

齿形盘元件对粒子分散性影响的仿真

基于Polyflow软件对含有不同数量齿形盘元件的三种螺杆构型进行了等温挤出模拟,并使用粒子示踪法,从分布混合和分散混合两方面评估了齿形盘元件对填料粒子分散情况所产生的影响。结果显示：分散混合方面,反向齿形盘对其影响不大;分布混合方面,齿形盘具有比其他元件更高的混合效率,是螺纹元件和捏合块元件的1.2～2倍;齿形盘个数的增加会增强螺杆的径向混合性能,但会减弱螺杆的轴向混合性能;当齿形盘元件为3组时,其混合效果最佳,有利于填料粒子的分散。     

同向双螺杆捏合盘错列角对不相容体系共混物相态结构的影响

双螺杆挤出机螺杆构型对不相容体系共混物的相态结构有一定影响。将捏合块置于熔融段,通过改变捏合盘错列角,在熔融段末端位置进行在线取样,对所取试样(HDPE/PS共混物)应用扫描电子显微镜考察其相态结构,由此分析研究双螺杆挤出过程熔融段捏合盘错列角对不相容体系共混物相态结构的影响。结果表明:正向30°和反向60°错列角的捏合块元件具有较强的分散混合能力。     

捏合盘错列角和厚度对聚丙烯降解的影响

研究了啮合同向双螺杆挤出机中具有不同捏合盘错列角、不同捏合盘厚度的螺杆构型的捏合块元件对造粒过程中聚丙烯（PP）降解的影响。结果表明,随着捏合盘错列角的增加和捏合盘厚度的增大,PP的降解加剧。     

双螺杆捏合机理及其捏合段设计

定性分析了捏合段的混合及输送机理，讨论了捏合块错列角、螺棱间隙、捏合块头数、螺杆转速等因素对混合质量及输送能力的影响，并由此提出了一些捏合段设计时应注意的问题。     

双螺杆挤出机螺杆组合对聚丙烯/纳米CaCO3复合材料在线流变性能的影响

采用啮合型同向旋转双螺杆挤出机制备聚丙烯(PP)/纳米碳酸钙(nano-CaCO3)复合材料,制备过程中在双螺杆挤出机末端连接Haake在线流变仪进行在线流变性能测试。研究了两种螺杆组合结构、纳米CaCO3含量对PP/纳米CaCO3复合材料在线剪切黏度的影响,比较了在不同聚合物加工流场下PP/纳米CaCO3复合材料的在线流变性能。结果表明,引入分布混炼有利于降低复合材料的剪切黏度,复合材料剪切黏度随纳米粒子的加入先呈下降趋势,当达到某一含量后,再提高纳米粒子含量会使黏度提高。     

螺杆剪切对聚丙烯/石墨烯微片纳米复合材料形态和性能的影响

组合螺杆结构形成了三种不同的剪切力场,研究了螺杆剪切对聚丙烯(PP)/石墨烯微片(GNP)纳米复合材料微观形态、结晶、导电性、导热性和力学性能的影响。结果表明:高剪切、长停留时间的剪切作用可有效将GNP剥离至更薄的片状,同时提高了GNP在PP中的分布均匀性,利于导电导热网络的形成,从而提高了PP/GNP纳米复合材料的结晶度、电导率和热导率;GNP用量在渗流阈值附近时,螺杆剪切剥离和分布GNP的效果更加显著,可大幅提高电导率,同时剪切作用对电导率的提升作用大于对热导率的提升;当GNP用量从3%增至15%时,PP/GNP纳米复合材料的拉伸强度略有降低,但均高于PP的拉伸强度;增强螺杆剪切作用可提高复合材料的拉伸强度,但其断裂伸长率降低。     

啮合同向双螺杆挤出过程聚合物粒料熔融机理研究（三）：反向捏合块组合？…

以装有玻璃视窗的可视化双螺杆挤出机为手段,在不同操作条件下对高密度聚乙烯（ＨＤＰＥ）粒料在不同错列角、不同轴向长度的反向捏合块的熔融过程进行了实验研究。以实验为基础,讨论了加料量、螺杆转带以及反向捏合块厚度与氏列角对聚合物颗粒熔融过程的影响。研究表明,反向捏合块的阻力大小对聚合物的熔融过程十分重要,捏合块中物料的充满度与物料的停留时间是聚合物颗粒熔融的决定因素。     

PE-HD/炭黑在捏合块元件内分散混合的数值模拟研究

使用Polyflow软件,计算了3种捏合块元件内高密度聚乙烯（PE-HD）熔体的三维拟稳态流场。引入炭黑在聚合物熔体中的分散数学模型,计算了不同捏合块中炭黑聚集体的粒径分布,比较了3种捏合块流道内炭黑在PE-HD中的分散混合效果。数值结果表明,捏合盘厚度大的捏合块,剪切拉伸作用较强,分散混合能力较强。     

三螺杆挤出机啮合块混合特性的数值模拟

利用流场分析软件Polyflow对啮合块在不同参数下的等温稳态流场进行数值模拟。同时引入加权平均剪切应力,加权平均剪切、拉伸速率和回流系数等不同的评价指标以表征倒三角形三螺杆挤出机的混合性能。深入分析不同因素对啮合块混合特性的影响。结果表明:啮合块具有优异的分布和分散混合性能。啮合盘厚度增加导致流场中拉伸作用增强。增大错列角会使正向啮合块的剪切降低,拉伸增强,反向啮合块的趋势则与之相反;为啮合块的设计提供了依据。