双转子连续混炼机熔融耗散混合特性的研究

Compouding and mixing is the most commonly used modification method in polymer process. Rotor type continuous mixer has accounted for 60% in filling mixing equipment due to its superior mixing characteristics. In this project, the mixing process of rotor type continuous mixer will be studied. The rheological properties of filled polymer blend melt will be analyzed, and the rheological model of filled compoud will be established, which embodies the effect of filler coating and dispersion. The mixing mechanism of melting dissipative mixing process will be studied with the PIV online measurement techniques, high-speed image capture technology and graphical analysis methods. By the investigation of thermodynamic processes in the melt blending process, the mass and heat transfer behavior and dispersion behavior, we will establish a model for the evolution of the dispersed phase structure on a fractal-based in the melting dissipation mixing process. Through the establishment of mathematical equations that describe three-dimensional structure of the mixing element and contour space surface, we will propose the optimized three-dimensional contour surfaces forming principle of the efficient mixing device structure and mixing components. It will provide the theoretical and technical support for the development of efficient continuous mixing equipment with independent intellectual property rights and the technological innovation of the equipment.

共混改性作为目前最常见的改性方法，在高分子材料加工过程中得到了广泛的应用。转子型连续混炼机以其优异的混合特性在填充混合设备中占据了60%的比重。申请人拟以转子型连续混炼机的混合过程为研究对象，通过对填充聚合物共混物熔体的流变特性进行分析研究，建立体现填充物包覆浸润分散效果的共混物熔体流变行为的模型；运用PIV在线测量技术、高速图像采集技术与图形分析方法，针对其熔融耗散混合机理开展研究；通过从介观尺度对其熔融混合过程中的热力学过程、物质与热量传递行为和分散行为进行研究，建立基于分形的熔融耗散混合过程中分散相结构演变的模型；通过建立描述混炼元件三维结构和轮廓空间曲面的数学方程，提出优化的高效混炼元件结构和混炼元件三维轮廓曲面成形原则，为开发具有我国自主知识产权的高效大型连续混炼设备和对现有相关设备的优化改造提供理论和技术支持。

物理共混改性作为目前高分子材料最常见的改性方法，在高分子材料加工过程中占有重要的地位，也得到了广泛地应用。转子型连续混炼机以其优异的混合特性在填充共混改性中得到了广泛的应用。申请人以转子型连续混炼机的混合过程为研究对象，通过对填充聚合物共混物熔体的流变特性进行分析研究，探讨了填充颗粒直径对共混物流动特性的影响，建立了体现填充物包覆浸润分散效果的共混物熔体流变行为的模型；运用可视化方法和图形分析方法，对转子连续混炼机的熔融耗散混合过程开展研究，建立了描述单个颗粒熔融过程的数学模型和符合转子型连续混炼机特点的离散耗散熔融模型，并运用数值模拟和实验研究的方法进行了验证；通过对混炼机固相输送区域内物料表面形貌和化学特性的表征分析，提出了转子型连续混炼机的颗粒预破碎和预包覆机理，并对该过程对共混物性能的影响开展了研究；建立了描述转子组合混炼特性的数学模型，揭示了多对转子对物料混合过程的组合效应，并提出了相关数学表达式；课题组采用叠片式转子和微分原理，对转子结构与性状对混炼机粘性耗散混合过程的影响开展了实验和理论研究，提出了高拉伸混沌型混炼转子，并对其混合特性进行了理论分析和实验表征。实验研究结果表明，该转子具有极其优异的分布混合特性，在PP/滑石粉共混改性高分子材料、PLA多孔材料等高性能共混改性复合材料的制备中有着非常广泛的应用前景；针对高流动性树脂的特点，课题组提出了优化的转子模块结构和机筒模块结构。在此基础上，提出了基于模块化设计的多场耦合双转子连续混炼挤出机。该设备集固相输送、转子型粘性耗散熔融混合、常压排气与负压排气、熔体输送建压为一体，可以根据混炼工艺需要任意组合，具有极强的工艺适应性和优异的填充混合特性，为高性能高流动性工程高分子材料、高温特种高分子材料的共混改性提供了有力地支撑和装备上的保障。