文献类型：学位论文

中文题名：双转子连续混炼机不同混炼段混合特性研究

作者：张慧[1];

机构：[1]华东理工大学;

导师：马玉录;华东理工大学|任冬友;华东理工大学

授予学位：硕士

语种：中文

中文关键词：双转子连续混炼机;固相输送段;熔体段;混合特性

摘要：混炼工艺及混炼设备的混合特性对无机填料在聚合物基体中的分散分布混合效果以及最终性能有着重要的影响。目前大部分研究工作主要集中在对混炼工艺的优化，而对混炼设备尤其是双转子连续混炼机不同区域的混合能力的系统研究较少。因此，本文对双转子连续混炼机的固相输送段及熔体段的混合特性进行系统研究，对于深化对连续混炼机混炼特性的认识，指导转子的设计开发与优化以及优化无机填料填充树脂的加工工艺具有较大的意义。<br>　　本文以高密度聚乙烯(high-density polyethylene，HDPE)为基体，碳酸钙(CaCO3)为无机填料，应用本实验室自主开发的双转子连续混炼机平台，对双转子连续混炼机的固相输送段及熔体段的混合特性进行了较系统研究。首先通过表征无机填料的粒径分布分散情况、表面张力、包覆量、无机填料表面官能团变化等研究了双转子连续混炼机固相输送段的混合特性;再通过表征熔体段粒径分布分散情况、材料流变性能、机械性能、复合材料形貌等研究了双转子连续混炼机熔体段的混合特性;最后利用POLYFLOW有限元数值模拟与实验结果相结合的方法，研究了双转子连续混炼机混炼流场特性。主要研究成果如下:<br>　　(1)HDPE颗粒和CaCO3粉体在双转子连续混炼机固相输送区和初始混炼段中受到转子螺棱顶部和机筒内壁之间狭窄区域的压缩、剪切和拉伸，发生形状变形和聚集体的破碎。喂料速率和卸料门开启度减小时，CaCO3粉体破碎和解聚效果更好。在转子固相混炼段中，由第二混炼段返流的聚合物低分子蒸汽在CaCO3粉体表面凝析，对CaCO3粉体表面进行了包覆，提高了填料与基体之间的相容性。当转子转速为700rpm，喂料速率16kg/h和卸料门开启度为25％时，CaCO3粉体表面包覆量最高，达到3.93％。<br>　　(2)在双转子连续混炼机熔体段中，随着转子转速的增加，喂料速率和卸料门开启度的减小，CaCO3/HDPE复合材料中的无机填料不仅粒径分布变窄，且粒径分布最集中的区间峰值整体呈左移趋势，无机填料粒径破碎效果有明显增强。当转子转速达到800rpm，喂料速率为1.6kg/h，卸料门开启度为25％时，CaCO3/HDPE复合材料的复数粘度以及拉伸强度均为最大。卸料口取出的样品在0-0.25μm区间内的粒径分布最多，占比为24.79％。<br>　　(3)模拟和实验结果表明，随着转子转速增加，转子的混炼流场中熔体压力、最大剪切速率水平随之增大。高转速情况下，物料在混炼流场中流动更紊乱，受到的拖曳、拉伸和剪切作用更强，其分布混合能力也越强。