新型的聚合物管旋转挤出装置的研制和相关基础科学问题研究

制备高性能聚合物管和研究聚合物加工基础科学问题需要创新的先进的科学仪器设备。本项目针对目前常规方法挤出加工聚合物管的不足和常规仪器难以研究实际加工复杂问题的局限，研制一种新型的聚合物管旋转挤出装置，研究其相关科学问题，通过芯棒和口模独立可调的旋转驱动方式实现四种模式旋转，与轴向可调的挤出/牵引运动组合，实施多种运动模式，形成和调控复杂应力场，通过独特结构实现管内外壁双冷并调控管中温度梯度，研究复杂应力场/温度场耦合作用下聚合物流变行为及多层次多尺度结构尤其是偏离轴向的增强相结构的形成和定构，大幅提高聚合物管环向强度和抗应力开裂性，研究其机理，建立旋转挤出加工新理论，优化结构参数，研制先进实用的样机，为研究实际复杂加工条件下聚合物加工基础科学问题提供新仪器，为制备高性能聚合物管提供新设备、新技术、新理论，是自主创新的先进的科学仪器设备研究，具有十分重要的理论和实际意义。

制备高性能聚合物管和研究聚合物加工基础科学问题需要创新的先进科学仪器设备。本项目针对常规挤出加工聚合物管的不足和常规仪器难以研究实际加工复杂问题的局限，研制新型的聚合物管旋转挤出装置，研究相关科学问题，取得了重要创新性研究成果，出色完成研究计划，全面达到预期目标：（1）设计和研制了自主创新的先进的新型聚合物管旋转挤出装置，通过芯棒和口模独立可调的旋转驱动方式实现四种模式旋转，与轴向可调的挤出/牵引运动组合，实施多种运动模式，形成和调控复杂应力场，通过独特结构实现管内外壁双冷并调控管中温度梯度，实时在线测量和控制挤出/旋转速度、应力、温度。优化结构参数，研制了三套不同规格的旋转挤出样机。克服常规仪器不足，可用于全面深入研究实际加工复杂条件下聚合物加工基础科学问题；克服现有挤管装置的不足，可用于制备高性能聚合物管。（2）通过理论分析和计算机模拟系统研究了旋转挤出加工中聚合物熔体的流动行为，建立了增强相偏离轴向排列的数学模型，研究了不同冷却模式下聚合物管内温度分布，揭示了内外壁双冷对增强相的定构作用，为旋转挤出加工形成和定构偏离轴向的增强相结构提供了理论依据。（3）新型聚合物管旋转挤出装置可实现在线控制、测量聚合物管旋转挤出过程中应力和温度，得到剪切速度-粘度曲线，为研究实际复杂加工条件下聚合物加工基础科学问题提供了新仪器。（4）通过旋转挤出新装置，实施和调控独特的环向应力场和温度场，系统研究了复杂应力场/温度场耦合作用下聚合物流变行为及多层次多尺度结构尤其是偏离轴向的增强相结构的形成和定构，大幅提高聚合物管环向强度和抗应力开裂性，研究其机理，制备常规挤出加工不能得到的高性能聚合物管，如旋转挤出聚乙烯管形成偏离轴向串晶结构而增强，旋转挤出聚丙烯管/成核剂成纤诱导形成偏离轴向β杂化结晶实现同时增强增韧，旋转挤出聚丁烯/聚苯乙烯原位形成偏离轴向微纤而增强，旋转挤出玻纤增强聚合物管使玻纤偏离轴向排列而实现少量玻纤的高效增强，等，为制备高性能聚合物管提供了新设备、新技术、新理论。（5）旋转挤出装置和技术实现了产业化应用，建成ϕ90～160聚合物管旋转挤出生产线，制备了目前耐压等级最高的聚乙烯管。（6）发表学术论文40篇，其中期刊论文28篇（SCI 收录18 篇），学术会议论文12 篇（邀请报告4篇）；申请中国发明专利3 项（已获准授权2项）。培养博士研究生4 人，硕士研究生6人。