聚合物加工成型技术创新研究进展

依据聚合物工业对加工过程节能降耗、废旧聚合物循环利用、可再生资源利用的重大需求,笔者在聚合物振动剪切形变加工成型方法和设备的基础上提出和研究了聚合物体积拉伸形变加工成型方法和技术,着重讨论了拉伸形变支配的叶片挤压系统的塑化输运过程、技术特征及混合特性.研究结果表明:这种新技术及其设备与传统螺杆塑化输运技术及其设备相比较,具有加工热机械历程缩短、加工能耗降低、混合混炼效果好、物料适应性广、制品质量高等优异的技术特点,且在聚合物多相多组分复合材料、聚合物/生物质复合材料等物料体系的加工方面具有显著优势.

成型加工过程中聚合物的连续自增强

提出了成型加工过程中聚合物连续自增强的概念.先介绍了传统加工过程中实现聚合物自增强的主要加工方法和设备,然后重点介绍了基于振动力场及拉伸力场的聚合物连续自增强加工方法和设备,阐述了聚合物在振动力场以及拉伸力场作用下连续自增强的机理、振动力场与拉伸力场对制品性能的影响.研究结果表明:振动力场和拉伸力场加工聚合物制品的自增强效果显著,制品力学性能与微观形态均明显改善;连续自增强技术具有物料适应广、适合实际生产加工等优点.

成型加工对熔融插层制备聚合物/粘土纳米复合物的影响

对近年来关于熔融插层法制备聚合物/粘土纳米复合物(PCN)过程中成型加工影响作用的研究进展进行了综述。介绍了不同加工设备对制备PCN的不同影响,并指出双螺杆挤出机是进行熔融混合的最合适的加工设备。概述了停留时间、螺杆结构等加工条件和不同成型工艺对制备PCN的不同作用。并对今后的研究提出了展望。

振动力场对聚合物动态加工功耗的影响

为探讨动态成型工艺参数对聚合物动态加工功耗的影响规律,文中采用熔体输运模型研究自行研制的同轴圆筒动态流变装置电机功耗对振动力场的响应,建立了振动力场下电机动态输出功率与稳态输出功率差的理论模型.对同轴圆筒动态流变装置电机功耗进行了测量,并与理论计算功耗进行比较,发现理论模型能较好地预测电机功耗随振动参数的变化,实验数据和理论模型均表明动态加工电机功耗随振动频率和振幅的增大而减小.文中还通过实际加工中脉动注塑机能耗随振动频率和振幅的变化证实了理论模型的可行性.

聚合物熔体喷射堆砌成型设备的研制

提出将增材制造技术与传统挤出技术结合,研发一种成型大直径塑料管道的设备与工艺,即聚合物熔体喷射堆砌成型。文中介绍了熔体喷射堆砌成型原理及整套成型设备,包括熔体挤出机、管道成型装置、压延装置、冷却装置、壁厚调节装置、定型装置、管径调节装置以及辅机(旋转牵引机)和控制系统。

聚合物动态注射成型技术

介绍聚合物动态注射成型技术以及实现该技术的塑化注射装置。注射成型加工过程中使注射螺杆产生轴向脉动的激振力，可以利用电磁、机械、液压等方式来产生。电磁式振动塑化注射装置结构紧凑、振动频率高；模块化设计的液压激振装置结构简单，输出功率高，方便对传统塑料注射机进行改造。新技术具有加工能耗低制品质量高等特点，通过控制振动频率与振幅可以对制品的质量进行调控。

微孔塑料成型过程中影响聚合物/气体均相体系形成的工艺因素

综述了微孔塑料成型过程中聚合物 /气体均相体系形成的影响因素。表征均相体系的重要参数是气体在聚合物中的溶解度 ,因此通过SEM、玻璃化转变温度法、粘度法等间接方法来衡量溶解度 ,可以间接表征均相体系。对影响均相体系形成的压力、温度、时间和剪切作用等工艺条件进行了分析。适当增加压力、升高温度有利于均相体系的形成。剪切作用可提高气体的扩散性和溶解性 。

拉曼光谱在线测量技术在聚合物合成与加工中的应用研究进展

聚合物的合成与加工过程影响着材料的聚合度、结晶度、取向度以及共混组分的均匀性,最终影响聚合物产品的性能。因此对聚合物合成与加工过程中材料的实时状态进行监控至关重要。拉曼光谱在线测量技术凭借其无损检测、采样简单、可靠性高,对试样的外形和物态没有任何特定要求,且能在高温、高压、有毒的环境中直接进行在线测量等特点,在高分子材料合成与加工领域有了越来越广泛的应用。将此在线测量技术应用到高分子合成与加工过程中,实时测量高分子材料的化学组成和物理性质,并将测量数据用于控制合成与加工过程,可以提高高分子材料的性能。本文选择聚合反应转化率、聚合产物粒径及其分布、聚合物结晶度、聚合物取向度、多相共混聚合物组分含量等五个反映聚合物合成或加工过程状态的参量,概述了拉曼光谱在线测量上述参量的相关研究进展,并对拉曼光谱在线测量技术在聚合物合成及加工中的应用发展进行了展望。

近红外光谱在线测量技术在聚合物加工中的应用研究进展

聚合物材料制品的性能与成型加工过程有着密切的联系,因此在线监控加工过程中材料的状态至关重要。根据在线监控实时反馈的数据,能够实现加工工艺参数的及时调整,确保生产过程的稳定性,从而保证产品质量、减少能源浪费、提高生产效益。近红外光谱在线测量技术是一种成本低、实时性强,可以准确定量分析的技术,已在很多生产领域得到了应用,然而在聚合物加工领域仍处于研究阶段。本文从测量聚合物中的组分含量、熔融指数、熔体密度、填充物的分散性四个方面概述了近红外光谱在线测量技术在聚合物加工中的应用研究进展,指出了近红外光谱在线测量技术尚存在的问题,给出了几点建议,最后对近红外光谱在线测量技术未来的发展进行了展望。指出在未来几十年里,随着光纤光谱仪器科学、计算机科学以及化学计量学方法的发展,近红外光谱在线测量技术在原始数据稳定性、预处理方法、建模方法及模型的稳健性与准确性上将会有长足的进步,将会在更多的领域推广应用,产生巨大的经济与环保价值。

毛细管动态流变仪中聚合物熔体的流动可视化实验研究

通过采用剖分料筒直接观察的方法,使用示踪剂表征聚合物的流动情况。采用改进后的毛细管动态流变可视化装置,通过对低密度聚乙烯(LDPE)进行大量而系统的动态和稳态挤出实验,系统地探讨了振动力场对LDPE熔体流动行为的影响。

剪切对聚合物微孔发泡成型过程的影响

分别运用有螺纹转子系统和无螺纹转子系统进行试验,并分析研究剪切作用对聚合物微孔发泡成型过程3个阶段的影响。结果表明,增加剪切作用有利于气体的分散和溶解,减少均相体系形成的时间,提高均相体系形成的质量;在较强的剪切作用下,较小的分子基团也能形成稳定的气泡核,在聚合物熔体中形成大量均匀细密分布的气泡核;但长时间、过强的剪切作用会导致气泡塌陷。

聚合物加工过程中数据采集系统的设计与实现

在聚合物加工过程中,需要对成型设备的关键参数(如区段温度、压力、扭矩等)进行实时监测,以确保加工过程的精确度。利用数据采集设备以及VB所开发的上位监测程序组成的数据采集系统,通过对数据采集卡驱动程序DLL文件的调用能够有效地对现场数据进行实时读取、显示与保存,在科研和工程中有一定的实际应用价值。

纯振动场作用下聚合物熔融塑化过程(Ⅰ)理论模型及熔融机理

为了能够清楚、透彻、无干扰地研究振动场对聚合物材料熔融塑化过程的影响,建立了纯振动场作用下聚合物材料熔融塑化过程的物理模型,并对其熔融机理进行了深入的分析,提出了纯振动场作用下熔融过程的连续性方程、动量方程、能量方程以及本构方程,并运用复杂的数学推导,得到了纯振动场作用下聚合物固体床下降速度与振动参数的关系表达式。从公式中可以看出,振动场的引入可以提高熔融速度。本研究将会为聚合物新型成型加工工艺的制定以及成型加工设备的设计提供必要的理论支持。

聚合物熔体二维非等温脉动流场模型

基于螺杆轴向振动,建立单螺杆挤出机计量段熔体流动模型,推导聚合物熔体二维非等温幂率本构方程,计算螺杆径向熔体温度分布和沿螺槽方向熔体速度,结果表明:在螺杆计量段,熔体沿螺杆径向分布存在一定温度差且为非线性,熔体温差的存在会对熔体流场产生影响。

纯振动场作用下聚合物熔融塑化过程(Ⅱ)振动参数对熔融速度的影响

在已建立的纯振动场作用下聚合物熔融塑化过程物理模型和解析模型的基础上,推导出了聚合物熔融速率与振动参数的关系表达式。使用低密度聚乙烯(LDPE)进行实例计算,得出:纯振动场作用下,熔融速率随振动频率和振幅的增加而增加,并最后趋向一稳定值。最后运用多维振动实验台进行实验验证,实验结果与理论计算结果符合得很好,证明物理模型以及数学推导的正确性,为聚合物成型加工工艺制定及成型设备研制提供了理论依据。

振动力场对聚合物挤出胀大的影响

为了改善聚合物材料的挤出胀大现象,将振动力场引入聚合物的挤出过程.采用动态毛细管流变仪对不同振动参数下的挤出胀大进行研究,建立了相应的物理模型和数学模型,并借鉴前人的工作成果,运用数学推导得到了挤出胀大与振动参数间关系的解析式.研究表明:随着振动频率和振幅的增加,挤出胀大呈非线性减少,并最后趋于稳定.

聚合物熔体在长圆导管中正弦脉动流动过程研究

研究聚合物熔体在长圆导管中正弦脉动流动的过程 ,从理论上研究了压力梯度变化时 ,产量和功率的变化 ;以及产量变化时 ,压力和功率的变化。并通过在毛细管流变仪上的试验 ,验证了引入振动力场能够提高挤出加工的生产率 ,有效地降低聚合物熔体通过长圆导管流道成型所需的能耗这一理论结果。说明该理论结果对于指导动态圆管流道的实际生产具有十分重要的工程意义。

正弦脉动力场对聚合物/刚性粒子体系毛细管挤出压力的影响

介绍了在毛细管动态流变仪上对聚合物/刚性粒子体系正弦脉动力场下流变特性进行研究的方法。通过对PP/CaCO3体系在振动力场下的流变特性进行实验研究,揭示了聚合物/刚性粒子体系流变性能对振动频率和振幅的依赖关系,以及不同温度下振动力场对挤出压力的影响。

塑料加工成型技术的最新研究进展

依据塑料工业发展低耗、高效、环保型"绿色"加工成型技术的重大需求,随着塑料塑化输运方法的不断演变与创新,在塑料动态加工成型方法和设备的基础上提出和研究了基于拉伸流变的塑料加工成型方法和技术,着重讨论了拉伸形变支配的叶片挤压系统中塑料塑化输运过程、叶片挤压系统的技术特征和叶片塑化输运技术的应用。研究结果表明,与传统技术及设备相比较,这种新技术及设备具有加工历程缩短50%以上、加工能耗降低30%左右、混合混炼效果好、制品质量提高、对物料适应性广等优异的技术性能。同时发现,新技术及设备在多相多组份复合材料、剪切热敏感高分子材料等物料体系的加工方面具有独特优势。

脉动压力诱导注射成型加工技术

介绍脉动压力诱导塑料制品注射成型技术以及实现该技术的塑化注射装置。模块化设计的液压激振装置结构简单,输出功率高,方便对传统塑料注射机进行改造。新技术具有加工能耗低,制品品质高等特点,通过控制脉动频率与振幅可以对制品的品质进行调控。