论文摘要
由于单一聚合物性能单纯、成型工艺差,不能满足多种制品的使用要求及某些成型方法的特定要求；又因其老化严重、价格、成本高等因素,常常要添加一些助剂,通过混合得到均匀的复合材料,来改善制品的使用性能或降低成本。因次,聚合物成型设备的混合能力直接关系着聚合物挤出制品的质量,而混炼设备混炼能力又取决于其混合机理。聚合物挤出成型混合机理大致有两种研究趋势：一种是对普通螺杆进行结构改进,开发新型螺杆,比如分离型螺杆、屏障型螺杆、分流型螺杆、双螺杆、多螺杆挤出机、Buss连续混炼机、双转子连续混炼机等；另一种方法是从改进单螺杆操作条件出发,比如高速挤出机、电磁脉动塑化挤出机等。本文尝试整合利用两种研究方法的优点：基于结构改进方面,设计了基于拉伸流动的新型串联磨盘混炼装置；基于操作条件改进方面,把振动力场引入到普通单螺杆、销钉螺杆和磨盘螺杆混炼设备中。同时,应用流体动力学软件POLYFLOW对各混炼段简化模型分别进行叠加振动力场数值模拟,对比分析振动力场对混炼元件混合机理影响及振动参数对混炼塑化效果的影响。研究表明,叠加适当振动参数的振动力场能够使混炼设备流道内熔体累计停留时间变长、分离尺度减小、瞬时混合效率提高,从而促进聚合物熔体的熔融塑化过程,实现动态加工过程,有效改进塑化挤出混合机理；与稳态成型相比,较小的振幅及振动频率对各物理场量变化影响不大,较大的振幅及振动频率对各物理场量影响较大；但是,振动参数不是越大越好,振动频率与振幅存在最优值区间。以上结论仅仅是来自于对混炼设备某一段进行三维等温模拟所得的结果,用局部仿真得到的结论来反映混炼设备全段的混炼性能是否可以应用于工业实际还值得商榷。因此,有必要做以下几方面的进一步研究,从而完善数值模拟过程,为工业应用提供可靠实用的数据资料。(1)建立整根螺杆的三维非等温模型,考虑温度因素的影响。对整根螺杆进行三维仿真分析,同时考虑温度因素的影响,重点研究蠕变、应力松弛、滞后、内耗等反映高聚物黏弹性的形变行为。(2)建立振动参数的连续模型,动态分析振动参数对混炼设备混炼机理和混炼形态的影响,从而可以避免采用离散的振动振幅和频率值来进行数值仿真导致分析不全面的缺陷。(3)建立混炼设备的综合模型。即要全面考虑混炼设备、机筒等部件的物理化学参数及熔体物料的物性参数,这相对于仅仅考虑混炼设备的尺寸信息及物性参数能够得到更加真实的模拟结果和实用结论。