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单轴叶片挤出机中物料的形态演化及性能研究

张鑫  
【摘要】:在实际加工过程中,聚合物的结构形态已不仅仅取决于热力学因素,动力学因素往往对最终制品的性能具有更直接的影响。单轴叶片挤出机是由华南理工大学瞿金平教授研制的一种新型高分子成型设备。其成型过程与螺杆类似,聚合物首先受热熔融或软件,在外力场的作用下发生变形、流动与混合,然后在成型模具中被赋予一定的外形。两者不同之处在作用于物料的外力场不同。外力场不同会导致物料的微观性能不同,从而影响物料的宏观性能。 本文通过静态骤冷取样法,选用HDPE为基体,对挤出过程沿程取样,研究了在叶片挤出机中HDPE从进料口到出料模头的沿程的熔融混合行为。具体研究过程为:1)选用HDPE/色母为载体、在不同的转速和模头压力下进行挤出,挤出稳定后骤冷取样,从宏观上分析HDPE在单轴叶片挤出机中的熔融演变行为;2)选用PS/HDPE,在转速为75r/min时进行挤出,骤冷取样,从不同叶片单元中周向和轴向取样进行SEM测试,进而分析叶片挤出机中两相的分散混合行为。 研究分析表明:叶片挤出机中没有固体输送段,固体颗粒从第一组叶片单元就开始熔融,并且在每组叶片单元中都经历强烈的挤压变形。当转速小于75r/min,随着转速的增加,熔融区长度加长速度较快,当转速大于75r/min,随着转速的增加,熔融区长度基本不变;模头压力对物料的熔融影响小。 PS/HDPE共混物在叶片挤出机中,随叶片单元组的不断增加,分散相的尺寸不断细化,两相界面间隙不断减小,粘结力增强,而且叶片单元对分散相有明显的拉伸作用,尤其是压缩区末端的拉伸现象尤为明显。分散相在叶片单元中经历了从椭球形到圆柱形再到丝最终变为液滴的演变过程。 叶片单元对物料有强制细化作用,从而加快了物料的熔融和分散。


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