无需预干燥的PET三螺杆挤出的研究

摘要

聚对苯二甲酸乙二醇酯是合成纤维的主要原料之一，它具有透明度好、易于拉伸、耐磨性、耐热性、电绝缘性及耐化学药品性等优良性能，广泛用于合成涤纶纤维及制造薄膜、民用吹塑瓶，还可作为工程塑料用于机械、电子、汽车、电器工业和消费品等领域，具有广泛的使用前景。PET极易吸水，而水分在PET干燥、合成、塑化和注塑过程中，由于热和剪切应力以及水解作用会使聚合物分子链降解，从而致使所成型加工的零件易破裂或达不到所要求的质量指标。因此，通常在PET材料加工前都要对其预干燥一段时间。而预干燥既要耗费很多的能源，同时也增加了生产成本，所以国外一些公司开发研制出单螺杆、双螺杆排气挤出机实现了PET材料的无需预干燥加工，并实现了产业化，大大的降低了生产成本。
　　 一字型排列的三螺杆挤出机具有优异的塑化能力、混合能力和良好的自洁能力。物料在输送过程中由于受到复杂剪切作用，这加强了相间的传质与传热，促进了聚合物大分子的流动，使整个塑化混炼系统对物料进行强制动态输送、塑化混炼、排气和挤出成型，从而加强了熔体的混合混炼效果，达到了强化分散混合的目的，使熔融和混炼得到加强。本文结合三螺杆挤出机的这些优异性能，设计出两组排气螺杆组合，通过排气段螺纹元件结构的改变并通过跟普通三螺杆挤出机加工效果进行对比，来探讨三螺杆排气挤出机的排气效果。
　　 研究结果表明，经过真空排气后，螺杆组合Ⅱ、Ⅲ中PET聚酯的拉伸强度、断裂伸长率、弯曲强度、弯曲模量、冲击强度以及黏度较组合Ⅰ-1中PET聚酯的相关性能都有很大程度的提高，但较之Ⅰ-2都有不同程度下降；加了热稳定剂TPEA后，PET聚酯的降解减弱，黏度及力学性能都有不同程度的提高；组合Ⅱ中排气段大导程螺纹元件的排气效果比组合Ⅲ中的密炼转子好，但大导程螺纹元件对PET聚酯剪切较强，PET的降解程度比密炼转子大；对于特定的工艺，存在一个最佳工作点，在稳定工作的情况下，能得到最高的排气效率。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：物理量名称及符号表

声明

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 三螺杆挤出机的发展及优势

1.2.1 三螺杆挤出机的优点

1.2.2 三螺杆挤出机的螺杆排列

1.3 聚合物脱挥理论的发展

1.3.1 聚合物脱挥理论

1.3.2 螺杆挤出机脱挥机理的发展

1.4 排气挤出机设计中存在的问题及研究现状

1.4.1 流量平衡和冒料及挤出波动问题

1.4.2 排气挤出机的设计研究历史及现状

1.5 本课题的研究内容、目的和意义

1.5.1 本课题的研究意义

1.5.2 本课题的研究内容和方法

1.6 本章小结

第二章 排气挤出机理论研究

2.1 螺槽充满长度计算

2.1.1 解析法

2.1.2 数值解法

2.2 脱挥理论计算基础

2.2.1 三螺杆几何参数

2.2.2 气液平衡理论

2.2.3 扩散系数

2.3 本章小结

第三章 同向三螺杆挤出机脱挥理论模型

3.1 起泡脱挥模型

3.1.1 气泡生成

3.1.2 气泡成长

3.1.3 气泡移动

3.1.4 气泡破裂

3.2 扩散控制脱挥模型

3.2.1 熔池内部的扩散

3.2.2 熔膜内部的扩散

3.2.3 扩散控制脱挥的计算

3.3 本章小结

第四章 实验研究

4.1 实验目的和实验内容

4.1.1 实验目的

4.1.2 实验步骤

4.2 实验装置

4.2.1 三螺杆挤出机

4.2.2 三螺杆螺纹元件排列顺序

4.2.3 注塑机

4.3 测试仪器

4.4 实验材料

4.5 工艺控制参数

4.5.1 三螺杆挤出机工艺控制参数

4.5.2 注塑机工艺控制参数

4.6 样条制备实验步骤

4.6.1 样条制备流程

4.6.2 三螺杆挤出机具体实验步骤

4.6.3 注塑机具体实验步骤

4.7 测试方法

4.7.1 拉伸试验

4.7.2 弯曲试验

4.7.3 冲击实验

4.7.4 热重测试

4.7.5 黏度测试

4.8 本章小结

第五章 结果分析及讨论

5.1 螺杆转速和螺杆组合对PET材料力学性能的影响

5.1.1 不同螺杆转速对PET材料拉伸强度的影响

5.1.2 不同螺杆转速对PET材料断裂伸长率的影响

5.1.3 不同螺杆转速对PET材料弯曲强度的影响

5.1.4 不同螺杆转速对PET材料弯曲模量的影响

5.1.5 不同螺杆转速对PET材料冲击强度的影响

5.2 螺杆转速和螺杆组合对PET材料排气效果的影响

5.3 螺杆转速和螺杆组合对PET材料黏度的影响

5.4 本章小结

结论与不足

参考文献

附录Ⅰ：密炼转子设计图

攻读硕士学位期间取得的研究成果

致谢