混炼机横截面PP熔体液滴分散过程的数值模拟研究

对Fluent进行二次开发,通过用户自定义函数,将黏弹性流体的动量方程和变形张量输运方程加载到Fluent中,从而实现了对聚合物黏弹性流体流动的模拟。采用VOF界面追踪方法,对聚合物熔体中的单个液滴在混炼机横截面流场作用下发生的变形、破碎行为和二次团聚过程进行了分析研究。探讨了液滴在混炼腔复杂流场中的分散过程和微观结构的形成机理,对揭示共混改性过程中分散相织态结构发展演变过程和机理具有指导意义。结果表明,PP液滴在混炼过程中经历了变形、破碎、聚并过程;PP液滴在C形区发生了不均匀变形行为,在相互作用窗混沌流场下发生了拉伸、挤压、交叉行为;PP液滴的破碎行为包括毛细不稳破碎、末端夹断以及在螺棱背风面的松弛破碎。

基于离散元仿真模拟的螺杆加料机加料性能研究

利用建模软件建立不同螺杆导程、外径以及头数的螺杆结构;在离散元数值模拟仿真软件中建立颗粒模型、设置接触参数后,对不同结构下螺杆的输送过程进行模拟仿真;利用后处理模块对颗粒在输送过程中的受力以及加料机的出口质量流率进行分析,探讨螺杆结构对加料质量的影响规律。结果表明,螺杆导程是螺杆加料机输送效率的主要影响因素,20 mm导程的螺杆输送效率是14 mm导程的15倍左右,但是出料精度有所下降;螺杆间隙是颗粒受力的主要影响因素,间隙的减小会导致颗粒受力的增大,1 mm间隙下的平均受力在1.2×10-2 N左右;双头螺杆导致颗粒输送过程中受力的激增,峰值达到15 N左右,出料效率降低,但是出料稳定性提高。

啮合同向双螺杆挤出机偏心六棱柱元件混合性能的研究

提出了一种新型的偏心六棱柱元件,并对其混合流场进行三维非牛顿等温模拟;比较了六棱柱元件和偏心六棱柱元件的混合性能,同时通过添加10%(质量分数,下同)玻璃纤维增强的聚碳酸酯共混改性实验,对两者的混合效果进行了评估和表征。结果表明,由于流场中引入了明显的拉伸流动,偏心六棱柱的分散和分布混合能力优于六棱柱元件,所制备的玻璃纤维增强材料的韧性提升超过40%,并且热变形温度提高了7℃。

双转子连续混炼机混沌型转子混合性能的研究

在提出一种新型混沌型转子结构的基础上,运用Polyflow软件对其混炼过程进行三维非牛顿等温模拟,并借助于粒子示踪法对物料所经历的流场特性进行统计学分析;分析了转子结构和工艺参数对转子混合性能的影响,同时通过共混改性实验,对转子的混合效果进行了评估和表征。结果表明,高混沌型转子的分布混合能力有较大的提高,同时保持着良好的分散混合能力;混沌型转子制备的复合材料力学性能优于经典转子;转子转速的提高可以增强混沌转子的分散及分布混合能力,适当的加料速率是保证取得较好混合效果的关键因素。

不同结构单螺杆屏障混炼元件混合特性研究

运用有限元分析软件Polyflow对不同结构和不同螺杆转速下的修正Maddock混炼元件流场进行三维非等温数值模拟,得到了流场的压力、速度、温度和剪切速率的分布;利用粒子示踪法(PTA)对不同结构和不同螺杆转速的修正Maddock混炼元件流场内聚合物熔体所经历的混合过程进行模拟,并对结果进行了统计学分析;通过比较平均解聚功等参数对不同结构和不同螺杆转速下修正Maddock混炼元件的分散混合效果进行分析研究,并借助实验进行验证。结果表明,等腰反向型修正Maddock混炼元件对聚合物熔体的剪切作用和分散混合性能最好;适当提高螺杆转速可以有效地促进物料的分散混合。

基于微纳层叠共挤的PLA/PCL可降解微层薄膜的制备及性能研究

采用微纳层叠共挤出设备制备聚乳酸(PLA)/聚己内酯(PCL)可降解微层薄膜,利用扫描电子显微镜、万能材料试验仪、差示扫描量热仪和热失重分析仪等对微层薄膜的微观结构、力学性能和热稳定性进行表征。结果表明,PLA/PCL微层薄膜的热稳定性和力学性能均优于PLA/PCL共混薄膜;PCL对微层薄膜具有明显的增韧效果,同时可提高微层薄膜的结晶性能和热稳定性;当PLA/PCL配比为40/60、50/50或60/40时,PLA/PCL微层薄膜具有良好的综合性能,此时拉伸强度高于51.2 MPa,断裂伸长率高于568.6%,冲击强度高于100.7 J/m,微层薄膜中PLA相的结晶度高于43.28%、热降解峰值温度高于373.22℃。

微纳层叠共挤PP/PA6/CNTs原位微纤复合膜的制备及性能研究

采用双转子连续混炼挤出机与微纳层叠共挤出成型设备制备了聚丙烯/聚酰胺6/碳纳米管(PP/PA6/CNTs)复合材料和原位微纤复合膜,通过扫描电子显微镜(SEM)、流变仪、差示扫描量热仪(DSC)、万能拉伸试验机及电阻测试仪对其微观结构、流变性能、结晶性能、力学性能和导电性能进行了表征。结果表明,与共混相比,微纳层叠共挤出法使得分散相PA6/CNTs形成了微纤,微纤的形成不仅提升了复合膜的动态流变性能,并且增加了基体PP相的结晶度,提高了PA6相的结晶温度,提升了复合膜的结晶性能;当CNTs含量为0.5%(质量分数,下同)时,复合膜的拉伸强度和断裂伸长率均达到最大值,分别为42.17 MPa和857.82%,体积电阻率(R)下降到104Ω·cm,综合力学性能和导电性能达到最佳。

固体推进剂螺旋压伸挤出过程流变模型建立

在对固体推进剂的螺旋压伸过程进行研究的基础上,探究了一种新型的固体推进剂流变模型的建立方法,即采用最小二乘法拟合基于毛细管流变仪测试所得数据,得到初步固体推进剂流变本构模型,利用Polyflow有限元仿真软件模拟毛细管流变仪测试过程,对流变本构模型参数进行修正,确定最终的推进剂流变本构模型。通过实验数据拟合与有限元模拟相结合的方法建立推进剂的流变本构模型,为用有限元法仿真模拟固体推进剂的螺旋挤出过程奠定基础。结果表明,采用数据拟合和数值模拟相结合得到的推进剂流变模型进行模拟实验得到的数据与真实数据误差均在10%左右,符合数值模拟预期结果。

基于离散元方法的差动自清洁混合器混合特性研究

采用离散元方法对LIST卧式差动双轴搅拌设备内高密度聚乙烯(PE-HD)填充碳酸钙复合材料的混合过程进行了仿真模拟,研究了不同加料速率及不同转速条件对该类自清洁混合器混合腔内物料充满度、物料停留时间分布及混合均匀程度的影响。结果表明,该类自清洁混合器的轴向输送能力主要由后续物料的推动作用实现,采用高速轴转速40 r/min,加料速率为10 kg/h的工艺参数可以获得最佳的混合均匀程度。

基于双转子连续混炼挤出机的PPS/CF复合材料制备及性能研究

采用双转子连续混炼挤出机并通过熔融共混法制备了碳纤维(CF)增强聚苯硫醚(PPS)复合材料,并对其微观形貌、动态力学性能、力学性能和导电性能进行了研究,且对相关的影响因素进行了分析。结果表明,适当降低挤出机转子转速、提高CF含量可以改善PPS/CF复合材料的力学性能和导电性能;当转子转速为200 r/min时,采用含量为20%(质量分数,下同)的CF制得的PPS/CF复合材料的冲击强度达到49. 94 J/m,体积电阻率达到60. 65Ω·cm,均优于纯PPS。

基于VOF模型的层叠器流动过程分析及流道结构优化

基于FLUENT软件的流体体积(VOF)模型研究了不同壁面滑移程度以及不同流道结构参数下4层等厚熔体通过层叠器倍增为8层熔体时,流道中熔体的分层情况变化。结果表明,壁面滑移程度的降低会促使熔体在上下壁面聚集,进而导致上下壁面处熔体层厚增加;汇流段与出口段间圆角半径、汇流段扩压角和平衡段长度这3个结构参数则只会影响熔体在左右壁面的聚集,进而影响各层熔体的尺寸精度,且其中扩压角的影响程度最大,平衡段长度次之,圆角半径的影响较小。

基于聚偏氟乙烯/石墨的换热板片材料的制备及导热性能研究

以聚偏氟乙烯(PVDF)为基体,石墨为填料,使用溶液共混法制备导热复合材料,研究了石墨填充量、混炼工艺等对复合材料导热性能的影响。结果表明,石墨填充量超过40%(质量分数,下同)后,复合材料的热导率呈明显增大的趋势;当石墨填充量达到70%时,PVDF/石墨复合材料的热导率达到20.92 W/(m·K),是纯PVDF热导率的110倍;270μm:106μm石墨含量比为1∶9时,热导率达到最大值;采用叠片式转子比腰鼓形转子可以制备出更高热导率的复合材料;转子转速和混炼时间对复合材料的热导率影响不大;设计并制备了板式换热器换热板片,实验验证了基于PVDF/石墨复合材料加工生产换热板片的可行性。

EMAA-Na离聚物对PE-HD/Al_2O_3复合材料微观结构和流变特性的影响

以钠离子离聚物(EMAA-Na)作为相容剂,采用熔融共混法制备了高密度聚乙烯(PE-HD)/氧化铝(Al_2O_3)复合材料。利用扫描电子显微镜观察了复合材料的断面结构,利用平板流变仪和毛细管流变仪研究了复合材料的稳态和动态流变性能。结果表明,EMAA-Na大大提升了PE-HD/Al_2O_3之间的界面相容性,消除PE-HD和Al_2O_3之间的间隙;复合材料的稳态剪切黏度和拉伸黏度随着EMAA-Na含量的增加而升高,且呈现出很强的非牛顿性和拉伸硬化特性;EMAA-Na促进了各组分之间的相互作用,提高了复合材料的弹性。

化学镀镍磷合金在模拟烟气环境中的腐蚀行为

采用均匀浸泡和电化学试验研究了化学镀镍磷合金在硫酸介质中的耐蚀性能,并对化学镀镍磷合金在模拟烟气环境中的耐蚀性能进行评价。结果表明,化学镀镍磷合金具有较好的抗硫酸腐蚀性能,其抗硫酸露点腐蚀性能好于20~#碳钢。

基于DMD数字掩模的光引发表面ATRP制备聚乙二醇聚合物刷微图案

以基于数字微镜器件(DMD)的数字掩模技术为基础,以三(2-苯基吡啶)合铱(Ir(ppy)3)为光氧化还原催化剂,以低聚(乙二醇)甲基丙烯酸酯为单体,通过光引发表面原子转移自由基聚合(ATRP)在硅片表面实现了复杂图案形状聚乙二醇(PEG)聚合物刷微图案的快速制备(小于10 min)。原子力显微镜(AFM)和光学显微镜测试结果表明该方法能够实现最小10μm图形线宽的PEG聚合物刷微图案,且聚合物刷厚度和图形精度受到催化剂浓度、单体浓度的影响。综合考量聚合物刷厚度与图形精度,优选的催化剂浓度为1. 22 mmol/L,单体浓度为1. 22 mol/L。激光共聚焦显微镜表征异硫氰酸荧光素(FITC)染色牛血清蛋白在PEG聚合物刷微图案表面的吸附结果表明,所得PEG聚合物刷微图案能够在硅片表面实现不同区域的非特异性抗蛋白吸附反差。

泡沫镍负载硅胶结构化吸附材料制备及性能

以泡沫镍薄片为载体,采用浸渍提拉工艺获得结构化硅胶吸附材料。采用场发射扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶红外光谱仪(FT-IR)、X射线衍射仪(XRD)和多孔介质孔隙分析仪等对吸附材料表面形貌和结构进行表征。探讨浸渍次数、聚合氯化铝(PAC)溶液浓度、处理时间等条件对结构化硅胶吸附性能的影响。结果表明,结构化硅胶吸附材料表面呈均匀的蜂窝状结构,硅胶以中孔为主,孔径集中在5～15nm,所获得的结构化硅胶吸附材料具有较好的吸湿性能。在较少浸涂次数下,可获得转化率高的硅胶;随着PAC溶液浓度和处理时间的增大,硅胶的比表面积增大,孔径减小,比表面积最大为343m2/g。当PAC溶液溶度>10%或处理时间>2h时,结构化硅胶的比表面积呈现减小的趋势,吸湿性能降低。

氧化石墨烯掺杂丝素蛋白复合材料的结晶和力学特性

采用溶液混合法制备丝素蛋白(SF)/氧化石墨烯(GO)复合材料,并用扫描电镜(SEM)、傅里叶变换红外光谱、X射线衍射、动态力学分析表征了丝素蛋白分子链构象、微观形态和动态力学性能。结果表明,GO的掺杂促使SF向β-折叠构象转变,并且随着GO含量的提高,β-折叠的含量和材料拉伸储能模量(E')呈现先增后减的变化趋势,当GO质量分数为1.0%时达到最大值,此时复合材料的E'较SF膜提高了约157%。

增容作用对PP/PA6原位微纤复合材料形貌及性能的影响

以马来酸酐接枝聚丙烯(PP-g-MAH)为增容剂,采用熔融挤出-热拉伸法制备了聚丙烯(PP)/聚酰胺6(PA6)/PP-g-MAH原位微纤复合材料。研究了复合材料的微观相形态以及结晶、流变和力学性能。结果表明,加入0.5%(质量分数,下同)的PP-g-MAH有利于大长径比PA6微纤的形成;而当PP-g-MAH的含量继续增加时,相界面相容性的提高反而阻碍了微纤的生成;加入0.5%PP-g-MAH的PP/PA6原位微纤复合材料在动态流变特性中呈现出很强的弹性响应,并且其结晶和力学性能显著改善。

基于粒径及填充量影响的聚乙烯/氧化铝流变模型的建立

研究了氧化铝粒径及填充量对聚乙烯/氧化铝复合材料流变行为的影响,在此基础上建立了考虑粒径及填充量影响的聚乙烯/氧化铝流变模型。通过双转子连续混炼挤出机制备不同填料粒径及填充量的聚乙烯/氧化铝复合材料,对其进行稳态及动态流变测试,结合储能模量判断填料网络的形成,并通过对稳态黏度进行非线性回归建立修正流变模型。结果表明,对于纳米氧化铝,随着填充量的增大,复合体系黏度和模量增大,零切黏度和松弛时间延长,且当填料量为10%时,开始形成填料网络结构,出现了类液态至类固态转变;对于微米氧化铝,随着粒径的增大,复合体系的黏度和模量先增大后减小,零切黏度和松弛时间先增长后降低,但在填料量为12%时,仍未形成填料网络结构。

高拉伸转子混合特性及在乙烯-醋酸乙烯共聚物无卤阻燃材料制备中的应用

运用Polyflow软件对双转子连续混炼挤出机高拉伸转子混炼流场特性进行了分析研究;探讨了转子结构及工艺参数对混合性能的影响;在此基础上制备了乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)无卤阻燃材料,并对其力学、阻燃性能进行了表征。研究结果表明,高拉伸转子的分散和分布混合能力均优于经典转子;其混合特性完全满足阻燃复合材料连续生产对设备的需要。当高拉伸转子转速为600 r/min时,所制备的阻燃复合材料的拉伸强度达到11.59 MPa,断裂伸长率达到173.66%,极限氧指数为31.5%。