在挤出加工中，物料的熔融是一从固态向液态转变的过程，该过程是影响挤出制品质量和产量的关键步骤。 经典的挤出理论是研究整块固态塑料如何在热量作用下以整体熔融的方式逐渐变小，最后完全消失的过程，以物料团块10mm的宏观量级为研究尺度。当今，科技的发展要求材料具备更好的结构和性能，挤出加工研究关注的对象已由原先的块料细化为粒料和粉料，物料尺度一般不大于3mm。因此，已有的挤出理论对解释细小粒料的熔融过程已不敷所用。 北京化工大学挤出理论研究课题组在朱复华教授领导下，在高分子材料结构和性能与加工工艺和设备间关系的可视化研究中发现，每颗粒料均发生剪切变形和周边传热熔融的过程。此外，恰在不同聚合物共混时，各颗粒料周边熔融界面处开始出现微观结构的变化或界面相的形成，同时还发生着各种助剂和填料与树脂间的浸润等物理化学过程。上述现象需要一项新理论予以解释，这一理论能够说明较小尺度物料的熔融过程。但迄今，这一理论的研究尚属空白。有鉴于此，1998年国家自然科学资金委员会将“亚宏观挤出理论和亚宏观熔融理论”列为资助项目。 作为上述项目的一部分，本论文的主要内容为“亚宏观熔融理论”，研究颗粒物料的熔融过程，具体包括粒子熔融、熔体渗流及其对固体床破碎的影响，旨在深化对熔融过程的认识，为优化挤出的加工和设计提供理论基础。 采用实验和理论研究相结合的方法。为适应亚宏观尺度观察的需要，将原有的宏观可视化系统经过自行设计和改造，成为亚宏观可视化系统，结合沿程取样技术，对PP和LDPE的单一物料体系和二相混合物料体系做了亚宏观可视化研究，取得一系列的实验数据。在此基础上，建立了粒子熔融的物理数学模型。并将理论值和实验值进行了比较。北京化工大学博士学位论文 基于上述研究，本论文完成的主要工作和结论如下: 1、改造了原先宏观可视化系统中的观察和摄相部分，成为亚宏观可视化系统。通过此相技术，实验观察了单相和多相聚合物体系的熔融过程，证实了粒子熔融的存在。因粒子熔融从周边开始，故提出周边熔融的概念。 2、在周边熔融的基础上，提出熔体渗流的概念。分析了发生熔体渗流的几何条件和物理条件，提出了反映熔融初期渗流作用的物理数学模型，并将计算结果与实验结果进行了比较。 3、‘首次利用渗流作用解释了其对固体床的削弱作用，基于渗流产生的剪切应力，提出了固体床复合应力的修正公式，应用此公式的计一算结果和固体床强度曲线，确定固体床的破碎点。 4、提出了熔融后期固体床破碎后碎块熔融模型，数学推导求出碎块温度分布的计算公式。结合已有的实验结果，得出碎块熔融长度的计算公式。 5、采用沿程取样技术，对二相体系在单螺杆挤出沿程中的形态变化进行了观察分析。在材料流变测试的基础上，借用乳液混合理论，对分散相粒径变化做了预测，预测结果与观测结果趋势一致。此外，详细阐述了界面理论及其研究材料结构和性能与加工间关系中的重要性。 6、首次对二相体系进行了研究。分析了加有添加剂的聚合物的粒子熔融过程和单螺杆应用于聚合物混合的现状及不同混合元件的混合性能。指出，单螺杆挤出机虽然分散混合效果不理想，但加装混合元件后，其分布混合效果得到很大提高，对单螺杆挤出机的开发使用有实际意义。7、根据实验中所观察到的现象，提出了“剥蚀现象”和“内润滑作用”等物理概念。 上述实验和理论方面的研究，目的在于优化聚合物挤出加工过程模型，使之更准确地反映熔融和挤出的实际状况，进而优化挤出加工工艺与设计;连同二相体系的研究，旨在促进材料的共混和改性，以期达到材料结夕北京化工大学博士学位论文构和性能在单螺杆中的加工控制，进一步开发单螺杆的应用潜力和前景。关键词:单螺杆挤出粒子熔融渗流亚宏观可视化