聚合物/助剂共混体系在转子-定子动态混合器中的分散研究

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单一聚合物材料的性能不再能满足人们日益增长的需求,通过在现有聚合物中添加助剂,比如白炭黑、色浆等,可以制备具有特殊性能的复合材料。对于共混加工过程,很多助剂只需要很少的量,且助剂与聚合物之间的黏度、相态、体积等存在较大差异,两者很难实现快速的均匀混合分散。因此,研究可使聚合物/助剂实现快速均匀混合分散的共混设备,对聚合物共混加工成型具有重要意义。论文围绕异相、异黏的聚合物/助剂共混体系的混合分散难的问题,提出用一种新型转子-定子动态混合器作为混合设备,通过荧光在线测量停留时间分布(RTD)的方法系统地研究了高黏流体在该混合器中的流动特性,考察了转速、流量、转子结构和组合方式等条件对不同聚合物/助剂共混体系的混合分散的影响,并与传统混合设备对其的混合分散效果进行对比。论文主要研究结果如下:(1)高黏流体在转子-定子动态混合器中的返混是由转子转动时产生的卷吸作用造成,且转速越大,卷吸作用越强,流体的返混程度越大。但是,不同转速条件下流体在转子-定子动态混合器中的无因次RTD方差均小于0.3,表明其流动形式接近平推流。此外,增加转子-定子组数对RTD影响不大,但可以大幅强化径向上的混合,促进分散。(2)提升转速、增加转-定子组数及采用弧形转-定子都在一定程度上增强了转子-定子动态混合器内的剪切流场。在甲基乙烯基硅橡胶(MVQ)/白炭黑共混体系中,强剪切应力破坏了白炭黑聚集体结构,使白炭黑尺寸减小;在MVQ/色油体系中,强剪切作用促进色油液滴发生变形并破裂,使其分散得更加均匀。(3)比起双辊开炼机,在相同的混合时间内,具有强剪切作用的转子-定子动态混合器所制备硫化胶的力学性能更好,表明转子-定子动态混合器更有利于MVQ/白炭黑共混体系的混合分散。比起传统的密炼机,在相同转速条件下,多级转子-定子的排布方式使转子-定子动态混合器中的色油液滴可以不断发生变形和分裂,更有利于聚对苯二甲酸乙二醇(PET)/色油共混体系的混合分散。
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