双转子混炼机转子结构对固体粉末掺混性能影响的研究

摘要

对聚合物进行填充改性是提高聚合物基体物理、化学性能的一种有效方法，也是获得性能优异的聚合物复合材料的一种重要手段。固体粉末是聚合物改性常用的添加剂，其原生颗粒比表面积很大，极易团聚，因而在聚合物基体中常以团聚体的形态存在。固体粉末团聚体在聚合物基体中的分散状态与最终聚合物复合材料的性能密切相关。在某种特定的聚合物中掺混固体粉末添加剂，固体粉末团聚体的分散状态与混合设备的选用有很大关系。双转子连续混炼机具有优异的分散和分布混合性能，且对固体粉末的掺混能力强，在分散混合难度较大的聚合物加工领域得到了越来越多的关注。 本文对双转子连续混炼机掺混固体粉末进行了研究，利用数值模拟的方法，结合聚合物混合理论以及固体粉末团聚体在聚合物流场中的分散机理，在常规评价混合性能的量化指标的基础上，提出利用累积粒径尺度分布函数直观表征团聚体在聚合物中的分散状态。在具体研究中，利用有限元分析软件POLYFLOW对影响转子结构的参数进行了模拟，分析了转子结构参数对混合性能的影响规律，为转子的结构设计提供了一定的理论指导。模拟结果表明:三棱转子的综合混合性能最为优异，三棱转子楔形角的合理取值范围为15°～20°，转子顶峰位置占转子总长的约3/5时、螺棱导程为顶峰位置的3倍时，三棱转子的分散、分布混合性能相对较好，在转子螺棱上开槽有利于提高转子的分散、分布混合性能，而将转子螺棱设计为阶梯型则会降低转子的分散混合性能。 在理论研究的基础上，针对在聚合物中掺混固体粉末添加剂，用S型双转子连续混炼机进行了共混实验，分别制备了PS/MH、PS/CB和PS/MH/CB复合材料，对混炼工艺进行了探索，并研究了这些复合材料的性能。实验结果表明:当转子转速在一定范围内时，固体粉末团聚体在聚合物中的分散性随转子转速的提高而提高，且复合材料的宏观性能也得到提高。复合材料的性能不仅取决于聚合物基体中固体粉末添加剂的分散状态，还取决于固体粉末添加剂的种类、配比、颗粒大小等。

目录

声明

摘要

符号说明

第一章 绪论

1．1 课题研究背景

1．2 双转子连续混炼机概述

1．2．1 双转子连续混炼机的发展

1．2．2 双转子连续混炼机的结构简介

1．2．3 双转子连续混炼机的研究进展

1．3 聚合物复合材料的概述

1．3．1 聚合物复合材料的发展现状和发展方向

1．3．2 聚合物复合材料的制备方法

1．3．3 聚合物复合材料性能的研究进展

1．4 本课题的研究意义和研究内容

1．4．1 本课题的研究意义

1．4．2 本课题的研究内容

第二章 聚合物／固体粉末混合理论的研究

2．1 聚合物混合机理

2．2 固体粉末团聚体在聚合物流场中的破碎机理

2．2．1 固体粉末团聚体的结构和分散过程

2．2．2 固体粉末团聚体的内聚力模型

2．2．3 固体粉末团聚体的破碎理论

2．3 聚合物流场中固体粉末团聚体破碎的数值模型

2．4 固体粉末在聚合物中混合效果的评价指标

2．4．1 分散混合性能的评价指标

2．4．2 分布混合性能的评价指标

2．4．3 停留时间分布

2．5 小结

第三章 转子结构对聚合物／固体粉末混合性能影响的数值研究

3．1 双转子连续混炼机的混合过程及其机理

3．2 双转子连续混炼机转子的结构设计理论

3．3 双转子连续混炼机中聚合物／固体粉末的数值模拟

3．3．1 物理模型

3．3．2 数学模型

3．3．3 数值模拟和实验验证

3．4 转子结构对聚合物／固体粉末混合性能的影响

3．4．1 转子螺棱数对混合性能的影响

3．4．2 转子楔形角对混合性能的影响

3．4．3 转子顶峰位置对混合性能的影响

3．4．4 转子顶峰区对混合性能的影响

3．4．5 转子导程对混合性能的影响

3．4．6 转子螺棱构型对混合性能的影响

3．5 小结

第四章 S型双转子混炼机对聚合物／固体粉末混合性能影响的实验研究

4．1 实验部分

4．1．1 实验原料

4．1．2 主要仪器及设备

4．1．3 聚合物基复合材料的制备过程

4．1．4 聚合物基复合材料的性能测试与结构表征

4．2 结果与讨论

4．2．1 混炼机转子转速对PS／MH复合材料性能的影响

4．2．2 MH含量对PS／MH复合材料性能的影响

4．2．3 CB含量对PS／CB复合材料性能的影响

4．2．4 MH、CB复配比例对PS／MH／CB复合材料性能的影响

4．3 小结

第五章 结论与展望

5．1 主要结论

5．2 研究展望

参考文献

致谢

研究成果及发表的学术论文

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