第１０期高分子通报
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高分子材料动态加工新技术
瞿金平，冯彦洪，彭响方，何和智，晋刚，曹贤武
５１０６４０）（华南理工大学聚合物新型成型装备国家工程研究中心，华南理工大学聚合物成型加工工程教育部重点实验室，广州
擅要ｉ介绍了振动力场作用下高分子材料动态挤出成型、动态注射成型以及动态混炼成型的技术及装备，
简要阐述了动态挤出中动态固体输送、动态熔融塑化、动态熔体输送过程的机理及实验研究成果，分析了脉动
压力对注射过程的影响以及动态混炼过程中强制混炼、强制分散的原理，对各种动态成型技术辅以相应的制品
性能测试。研究结果表明振动力场的引入在产量相同并保证甚至改善制品综合性能的同时，可有效缩短成型
历程，降低功率消耗，因此高分子材料动态成型加工方法是一种新型的低能耗成型加工技术。
关键词ｉ高分子材料；动态挤出；动态注射；动态混炼
在大部分的传统或常规的成型设备中，成型过程中的各种物理量均假设不随时间发生改变，我们称之为稳态成型过程。然而实际上所谓的稳态成型过程都不可避免的存在一些扰动，因此人们在机械结构及控制系统的设计方面都力求减少扰动。如果改变上述思路，在成型加工中引入可控的周期性扰动，则成型过程中的各物理量随时间发生改变，就变稳态成型为动态成型过程，而这种有规可控的扰动有助于减少无规扰动对加工成型及制品质量的影响，就可能出现新的成型设备。本文将简要介绍三种动态成型技术及设备及其对成型制品的影响。
１动态挤出成型
聚合物动态塑化挤出方法及设备通过螺杆的轴向振动是最早将振动引入到塑化挤出全过程的动态成型方法¨’２】。下面简单介绍振动力场对固体输送、熔融塑化、熔体输送这三个挤出成型的基本历程的影响机理。
将振动引入固体输送过程与土建工程中常用的振动夯实的原理类似，即利用振动力场的作用加剧固体颗粒之间相对运动。从而加速压实过程ｂ】。为了探究振动力场影响固体输送过程的机理，以螺槽中运动的物料为对象建立了振动力场强化固体输送过程数学模型，获得了物料沿螺槽方向输送的压力（密度）、速度的近似解析解，传统固体输送过程就是当螺杆轴向振动的振幅为零时的特例。理论分析结果表明，螺杆的轴向振动可提高固体输送平均压力，缩短固体输送段的长度，增加固体输送角。
图１所示为由透明料筒动态可视化实验装置得到的压缩段沿程物料形态变化图Ｈｏ。对比图１（ａ）、（ｂ）可见，未施加振动时，固体床较松散，分布不均匀，固体床二直延续到压缩段末端。当施加振动后，在熔融段初期，螺杆同样位置的固体床变得均匀，密实程度得到改善，且熔融段结束位置明显提前。为了分析振动力场对熔融过程的影响机理，建立了振动力场作用下挤出过程的熔融解析模型。图２为由上述熔融理论得出的固体床宽度在三种不同振动强度下的分布图，横坐标Ｚ为沿挤出方向坐标，其中设Ｚ＝０时为熔融段起始点，纵坐标Ｘ为固体床宽度，缈为振动强度（Ａ为振幅，厂为频率），从图中可以看出，振动基金项目：国家自然科学基金资助（１０５９０３５１、１０４７２０３４）；作者简介：瞿金平，教授，博士生导师，主要从事聚合物成型理论与装备的研究；Ｆ，－ｍａｉｌ：ｊｐｑｕ＠ｓｃｕｔ．ｅｄｕ．ｃｎ．
高分子通报２００８年ｌＯ月
强度越大，固体床宽度下降越快，熔融段长度越短。
（ａ）
图ｌ
Ｆｉｇｕｒｅ１（ｂ）由动态可视化实验装置得到的沿程物料熔融过程形态变化图８ｃｒｅｗＭｅｌｔｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓａｌｏｎｇｔｌｌｅｏｂｔａｉｎｅｄｆｒｏｍｄｙｎａｍｉｃｖｉｓｕａｌｉｚａｔｉｏｎｅｘｐｅｒｉｎａｅｎｔ；
ｈｅｑｕｅｎｃｙ（－）ｗｉｔｈｏｕｔｖｉｂｒａｔｉｏｎ；（ｂ）ａｘｉａｌｖ日ｂｒｓｔｉｏｎｆｆｆｉ５１＂ｌｚ，ｅｍｐｌｉｔｕｄｅａ＝０．１５ｒａｍ
图２固体床分布与振动参数的关系
Ｆｉｇｕｒｅ２Ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅｔｗｅｅｎｓｏｌｉｄ－ｂｅｄｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎａｎｄｖｉｂｒａｔｉｏｎｐａｒａｍｅｔｅｒｓ
由于聚合物熔体是一种典型的黏弹性复杂流体，实验及理论研究表明振动力场的引入可使熔体黏度及弹性降低ｂ石】。图３所示为运用非仿射网络结构模型获得的一个周期内时均表观黏度与频率关系图Ｃ纠。可见通过增加应变振幅或振动频率，聚合物熔体黏度下降，并且存在最佳应变振幅和最佳频率使得聚合物熔体时均表观黏度下降幅度最大。熔体表观黏度的下降使得相同产量时，挤出阻力减少，挤出压力降低，如图４所示，同时也反映在挤出功率消耗的减少，见图５。¨。
图３时均表观黏度与频率的关系
ｌ一振幅０．１ｍ；２一振幅Ｏ．２ｍｍ；３－－振幅Ｏ．３ｍｍ
Ｆｉｇｕｒｅ３Ｔｉｍｅａｖｅｒａｇｅａｐｐａｒｅｎｔｖｉｓｃｏｓｉｔｙ朔．ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ
ｌ－－Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ０．１ｍｍ；２－－Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ０．２ｍｍ；３－－ＡｍｐｆｉｔｕｄｅＯ．３ｍｍ
本文还研究了振动力场对聚丙烯挤出制品综合性能的影响，在挤出的ＰＰ片材试样上沿垂直和平行
于挤出方向直接取样，进行拉伸和冲击性能测试。测试结果表明，施加振动后，试样在垂直与平行挤出方
第１０期高分子通报・３・
图４振动参数与挤出压力的关系
Ｆｉｇｕｒｅ４Ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅｔｗｅｅｎｖｉｂｒａｔｉｏｎｐａｒａｍｅｔｅ巧ａｎｄｅｘｍｍｉｏｎｐｒｅｓｅｔｔｒｅ
图５振动参数与功率的关系
Ｆｉｇｕｒｅ５Ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅｔｗｅｅｎｖｉｂｒａｔｉｏｎｐａｒａｍｅｔｅｒｓａｎｄｐｏｗｅｒ
向上的拉伸强度都随频率和振幅增加呈现先上升后下降的趋势，试样的冲击强度也随振幅先上升然后回落。且在频率为１０Ｈｚ、振幅为４０ｔ．ａｎ时拉伸强度和冲击强度不论轴向还是横向都达到最佳值，横向的拉伸强度和冲击强度分别提高了２０％和６４％，轴向则分别提高了９％和３５％，说明ＰＰ的强度和韧性在轴向、横向都得到提高，其中横向比轴向提高明显。
上述结果表明，引入振动力场后，在产量相同的条件下，输送塑化的能耗需求降低，螺杆的长径比可以相应减少，而且在一定的振动参数范围内・，不但能够保证甚至还能提升制品综合性能。
２动态注射成型
脉动压力诱导注射成型方法及设备是动态成型方法的重要应用领域之一。如图６所示，在脉动压力诱导注射成型设备中，振动力场被引入到塑化、注射充模及持压全过程。图７【８１所示为充模压力随时间的变化曲线，由于在脉动压力的驱动下，熔体的表观黏度降低，流动性能改善，在相同的注射压力条件下，相同的充模距离所消耗的压力减小，表现为模腔压力较稳态时高。从另一个方面考虑，当充模距离一定时，动态注射成型所需要的平均注射压力可以相应地降低。所以说动态注射成型加工改善了熔体的流动性能，提高了熔体的充模能力，可在比较低的温度、压力条件下充模成型，从而降低能耗。
３三螺杆聚合物动态混炼挤出设备
聚合物三螺杆动态混炼挤出机创造了一种在聚合物物料输送过程中引入振动力场以强化物料塑化混炼效果的方法。该设备使中间螺杆作轴向脉动，则螺杆之间形成的轴向齿间啮合间隙周期性变化，使物料在输送过程中受到复杂的剪切作用的同时受到周期性脉动挤压研磨作用，并且在动态混炼挤出过程
・４・
高分子通报２００８年１０月●３２，Ｏ＾Ｅ５‘ｔ—ｔ寸４｛。删．哪（ｍ‘）删啪洲图６螺杆运动Ｉ一等待；Ⅱ一脉动注射；Ⅲ一脉动保压；Ⅳ一脉动塑化计量Ｆｉｇｕｒｅ６Ｍｏｖｅｍｅｎｔｏｆ８ｃｌ＇ｅ１１ｗＩ—ｗａｉｔｉｌ唱；Ⅱ－－ｐｕｌｓａｔｉｎｇｉｎｊｅｃｔｉｏｎ；Ⅲ－－ｐｕｌｓａｔｉｎｇｐａｃｋｉｎｇ；Ⅳ一ｐＩＩｌｍｉＩｌｇｐｔｗａｃ血ｎｇａｎｄⅢ衙ｉｎｇ＾鼻刍ｖ
Ｒ出蠲群时间（ｓ）图７模腔压力响应Ｆｉｇｕｒｅ７Ｔｉｍｅｒｅｓｐｏｎｓｅｏｆｃａｖｉｔｙｐｒｅｓｓｕｒｅ（ａ）（ｂ）图８ＰＶ／Ｓｉ０２共混物ＴＥＭ照片（１５００倍）（ａ）Ｓｇ振动；“）有振动Ｆｉｇｕｒｅ８ＴＥＭｐｈｏｔｏｓｏｆＰＰ／ＳｉＯｚ（ｍａｇｎｉｆｉｃａｔｉｏｎ：１５００）（－）ｗｉｔｈｏｕｔｖｉｌ】ｒａｔｉｏｎ；（ｂ）ｗｉｔｈｖｉｂｒａｔｉｏｎ
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中，流场随时间周期性变化，分散体系除了做平移与旋转外，还要承受脉动剪切及脉动压力的周期性压缩与释放作用，加之物料在振动力场作用下黏性与弹性均降低，使分散相更容易进一步细化，均匀分散在连续相中。图８所示为聚丙烯／－－氧化硅ＴＥＭ照片，对照图Ｓ（ａ）、（ｂ）可见振动使二氧化硅颗粒的分散及分布混合效果得到改善。
４结语
在螺杆成型加工过程中引入振动，会对高分子材料成型过程产生一系列影响。振动力场能量的引入并不是能量的简单叠加，而是利用高分子材料成型过程在振动力场作用下表现出来的非线性特性，降低成型过程能耗，提高产品质量，是一种新型的低能耗成型方法。
参考文献：
［１】瞿金平，华南理工大学学报（自然科学版），１９９２，２０（４）：１．
［２］ＱＩＩＪＰ．ＵＳＰ５，２１７，３０２，１９９３．
［３】李建波．轻工机械，２００２，３：２６．
［４］冯彦洪．华南理工大学博士学位论文，２００３．
［５】张娟．华南理工大学博士学位论文，２００３．
［６］弛粥Ｊ．Ｑｌｌ
［８］ＹｉｎＪＰ．ＪＮｏｎｌｉｎｅａｒＳｃｉＮｕｍｅｒＳｈｎｕｌ，２００４，５（１）：９７．［７］ＱｕＪＰ．Ｐｏｌｙｍ－ＰｈｍＴｅｅｈｎｏｌＥＩＩｇ．２００２，４１（１）：１１５．ＸＣ，ＨｅＧＪ，ＱｕＪＰ．ＰｏｌｙｍＢｕｌｌ，２００６，５７（２）：２４３．
ＮｏｖｅｌＤｙｎａｍｉｃＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓｆｏｒＰｏｌｙｍｅｒｓ
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高分子材料动态加工新技术
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1.瞿金平 查看详情[期刊论文]-华南理工大学学报(自然科学版) 1992(04)
2.Qu J P 查看详情 1993
3.李建波 查看详情[期刊论文]-轻工机械 2002(03)
4.冯彦洪 查看详情 2003
5.Zhang J.Qu J P 查看详情 2004(01)
6.张娟 查看详情 2003
7.Qu J P 查看详情 2002(01)
8.Yin X C.He G J.Qu J P 查看详情 2006(02)
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本论文通过大量的实验研究，发现在挤出的过程中施加振动后，聚合物填充体系的整体力学性能均有所提高，并且随着振幅、频率的增加，并不是单调的递增，而是存在一个最佳的响应范围。振动力场对挤出片材横向力学性能的影响比对纵向的影响更加显著，使得片材的纵横向取向均匀，制品多向同性。
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本文简要介绍了振动力场作用下,动态挤出成型过程中的动态固体输送、动态熔融型化、动态熔体输送过程的机理及实验研究,分析了脉动压力对注射过程的影响,以及动态混炼过程中强制混炼、强制分散的原理.研究结果表明振动力场的引入在保证甚至改善制品综合性能的同时,可有效缩短成型历程,降低功率消耗.
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淀粉来源广泛，价格低廉，是一种可全生物降解的天然高分子，因此淀粉基生物降解塑料是研究得最多的一类生物降解塑料，目前及其今后的主要发展方向是研发性能及成本均满足市场需求的淀粉基全生物降解热塑性塑料(或称：热塑性淀粉塑料)。采用原淀粉与小分子增塑剂及其它添加剂共混塑炼挤出是目前制备淀粉基全生物降解热塑性塑料的最主要方法。
然而，淀粉由于其自身多羟基、耐热性差、吸水等等问题，及其加工过程相变的复杂，淀粉基全生物降解热塑性塑料的热塑化加工及材料性能控制都比通用塑料的来得困难，且制品使用性能及成本均不尽如人意，还需要大力研究。
振动辅助加工技术特别是电磁动态成型加工技术是高分子加工先进技术之一，在过去的研究中展现了强大的生命力；通过对高分子材料加工过程中施加振动力场，能够有效改善高分子材料材料的加工性能及其制品的使用性能。
本文通过反复的实验，摸索出了热塑化挤出法制备热塑性淀粉(TPS)及聚乙烯醇增强热塑性淀粉塑料(PVA/TPS复合材料)等淀粉基生物降解热塑性塑料的工艺条件与设备条件；在此基础上，基于电磁动态成型加工技术，首次进行了这类材料的的动态热塑化挤出制备实验；并在优化的工艺条件下，更进一步地制备了不同配比的纳米碳酸钙(CCR)改性热塑性淀粉塑料(CCR/TPS复合材料)，及戊二醛交联剂交联聚乙烯醇/淀粉交联体系(PVA-G-TPS复合材料)。最后对所得的材料进行了力学性能测试、吸水性测试及TG，DSC，WAXD，SEM，FTIR等测试及结构分析。研究结果表明：
，流动性不好，加工设备的选择、设计时应避免使物料停留时间过长、流动阻力过大。
2)振动力场能够强降低加工时的螺杆扭矩，促进淀粉及聚乙烯醇的塑化，改善材料的流动性；振动力场还能够强化纳米碳酸钙填充热塑性淀粉塑料纳米碳酸钙在淀粉基体中的分散，强化淀粉与聚乙烯醇的共混分布，强化戊二醛交联剂与淀粉及聚乙烯醇之间的交联。振动力场对淀粉基材料热塑化挤出的这些影响，使动态挤出所得的材料的拉伸性能明显优于稳态挤出所得的材料。振动力场对材料的耐热性、耐水性、结晶性、分子结构也有影响，但影响很小。
3)在本论文实验条件下，纳米碳酸钙能够提高热塑性淀粉的拉伸性能及耐水性，并削弱热塑性淀粉的结晶，纳米碳酸钙的用量为淀粉用量的3％(质量分率)时最好。聚乙烯醇分子与淀粉分子之间的羟基能形成缔结氢键，两者之间有较好
的相容性，聚乙烯醇增强热塑性淀粉塑料的力学性能要远高于不含聚乙烯醇的热塑性淀粉，并具有更好的耐热性和耐水性。淀粉基材料在湿度较高时高度吸水，而水分对淀粉基材料力学性能有很大影响。交联能够提高聚乙烯醇与淀粉之间的相容性，因此能提高聚乙烯醇/淀粉复合体系的拉伸性能，大幅降低聚乙烯醇/淀粉复合体系的吸水性，并极大的抑制聚乙烯醇/淀粉复合体系的结晶，但交联也会使物料变成红色，交联剂戊二醛的最佳用量为淀粉与聚乙烯醇用量总量的3％(质量分率)。
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借助流变测量和连续介质理论,不依赖已有的本构关系,对平行叠加正弦振动条件下高分子熔体经毛细管的动态挤出过程进行了理论分析.以低密度聚乙烯(LDPE)为原材料,实验测量LDPE熔体在一定振动频率和振幅下毛细管入口压力、体积流量和挤出胀大的瞬态值,即可得到动态成型过程中高分子熔体剪切应力、剪切速率和表观粘度的变化规律:随振幅和频率的变化,LDPE熔体的表观粘度呈非线性变化趋势;在不同的振幅和频率下动态挤出LDPE熔体,跟稳态挤出时一样,壁面剪切应力与壁面剪切速率也成非线性比例关系.
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超高分子量聚乙烯(UHMWPE)具有摩擦系数小、磨耗低、耐冲击、耐化学药品性、耐应力开裂性、抗冻性、抗结垢性和卫生无毒等优良性能，在许多领域有广泛的应用前景。但由于极高的熔体粘度和极低的临界剪切速率使其成型加工困难，限制了它的实际推广应用，因此采用先进的成型加工技术改善UHMWPE的加工性及制品性能具有重要的理论意义和实用价值。
振动辅助加工技术特别是电磁动态成型加工技术是高分子加工先进技术之一，在过去的研究中展现了强大的生命力；通过对高分子材料加工过程中施加振动力场，能够有效改善高分子材料的加工性能及其制品的使用性能。
本文在采用适量PP与UHMWPE共混改性，达到了使UHMWPE/PP共混物的加工流变性获得明显改善的基础上，通过加入一定量的HDPE，使得在保持
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1．PP的加入能明显改善UHMWPE的流动性。但是UHMWPE/PP力学性能较差，尤其是随着PP用量的增加，共混物的性能有很大降低，甚至不能使用。
2．HDPE的改性机理与PP不同，它与UHMWPE有良好的相容性，因此对UHMWPE的流动改性效果非常有限，加入40％的HDPE才有较大的改性效果，但是改性效果仍然远远不女口力口入10％的PP。
3．UHMWPE/PP/HDPE三元共混当配比为70/10/20时能够得到较好的加工性和力学性能。采用电磁动态振动技术对其加工，在一定振动力场下挤出片材纵、横向的拉伸强度和断裂伸长率都得到了较大提高，并且对横向影响更有规律。微观结构是宏观力学性能变化的根本原因。力学性能随振动参数的变化而变化，从根本上来说，是动态挤出工艺引起了微观结构的变化。UHMWPE/PP/HDPE复合材料力学性能和微观结构分析间接表征了振动力场对两相之间的结合力的大小，两相间的连续性、相容性的效果，结晶度以及晶体形态。实践证明，采用电磁动态振动技术改善了UHMWPE的难加工性和制品力学性能。
7.学位论文 刘跃军 振动力场下聚合物熔体粘弹行为的研究 2002
任何聚合物材料必须经过成型加工才能体现出各种优良性能,因此都要涉及到流动和变形的问题,即粘弹性问题.研究振动力场下聚合物熔体的粘弹行为,即研究动态成型加工过程中聚合物熔体的流动与变形规律,对高分子材料动态成型工艺的合理选择、动态成型加工设备的优化设计,对获得性能良好的制品,实现高产、优质、低耗,具有重要的科学价值和现实意义.该文不依赖任何本构关系,在合理的假设前提下,对振动力场下聚合物熔体经毛细管的动态挤出过程进行了理论分析;分别建立了振动力场下聚合物熔体的剪切应力、剪切速率、表观粘度和第一法向应力差的表征公式;按照上述公式,通过动态流变实验测量一定振动频率和振幅下毛细管入口压力、体积流量和挤出胀大的瞬态值,再加以适当修正,可分别求得熔体在毛细管壁处的剪切应力、剪切速率、表观粘度和第一法向应力差.分别对稳态挤出和动态挤出时得到的挤出物试样进行DSC测试分析,发现引入振动力场后,半结晶聚合物LDPE试样的熔程变宽,热焓(熔融所吸收热量)明显增大.分别对稳态挤出和动态挤出时得到的挤出物试样进行X射线衍射,发现LDPE试样的结晶度没有大的变化,但晶粒大小有一定程度的降低.这说明振动力场的引入,对聚合物的凝聚态结构产生了一定影响,有助于提高挤出物料内的有序结构和结晶规整性.
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9.学位论文 姚化振 单螺杆振动塑化挤出机中聚合物熔体流动过程动态特性研究 2005
任何聚合物材料必须经过成型加工才能体现出各种优良性能，因此都要涉及到对熔体流动过程特性的研究，前人对挤出中熔体流动过程动态特性的研究或多或少存在一些不足。到目前为止，对完全真实模拟聚合物螺杆振动塑化挤出机成型加工情况下的熔体流动过程动态特性的研究还不够深入或不够完善。因此，展开对聚合物熔体流动过程动态特性的研究，对高分子材料动态加工中熔体本构方程的发展建立、动态成型加工设备的优化设计、以及获得性能良好的制品，实现高产、优质、低耗，具有重要的科学价值和现实意义。
本文在合理的假设前提下，采用幂律流体模型，对单螺杆振动塑化挤出机计量段熔体输送行为进行了详细的理论分析研究，建立了幂律流体动态挤出方程，得到了基于可测量参数的熔体动态流量、剪切应力、剪切速率和表观粘度的表征公式，给出了求解幂律流体非牛顿指数n和稠度K的数学公式和数学方法。在建立的动态流率和流动指数的表征公式基础上，对振动力场作用下单螺杆挤出机毛细管模头中熔体的流动过程进行了理论分析研究，并与螺杆中熔体挤出流动过程的研究结果进行了比较，分析表明熔体在螺槽和毛细管模头中的熔体流动过程的动态特性对振动力场的响应规律趋于一致。 本文还进行了以测量得到表征公式中的参数为目的的实验研究。通过在聚合物动态流变综合测试仪上做实验并测得动态挤出压力、平均流量、振动频率、螺杆轴向振幅等动态参数。最后对实验结果进行分析研究，计算得到了实验条件下，所用材料的动态挤出方程中的流动指数n和稠度K。对结果的分析研究表明：振动作用下，流量将产生周期性脉动，其脉动幅值系数εq是压力脉动幅值系数εp和螺杆速度幅值系数εv的非线性之和；振动能使剪切速率增大，能有效降低聚合物熔体的粘度；振动能降低挤出压力，在产量一定的情况下，振动的引入能实现低压挤出。
10.期刊论文 彭响方.瞿金平 毛细管动态挤出LDPE的结构性能研究 -高分子材料科学与工程2001,17(6)
通过对毛细管动态挤出时LDPE的结构进行测试分析,探讨了振动力场对聚合物毛细管挤出物结构性能的影响.在LDPE熔体流动过程中叠加适当的振动场后,LDPE未产生力学降解,振动力场对LDPE的熔融始态有重要影响,挤出物的热稳定性提高,挤出物晶粒大小降低.振动力场对聚合物内部结构产生的影响,有利于改善聚合物的流变性能和力学性能等.这对聚合物动态成型加工技术的深入理论研究具有十分重要的意义.
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第１０期高分子通报
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高分子材料动态加工新技术
瞿金平，冯彦洪，彭响方，何和智，晋刚，曹贤武
５１０６４０）（华南理工大学聚合物新型成型装备国家工程研究中心，华南理工大学聚合物成型加工工程教育部重点实验室，广州
擅要ｉ介绍了振动力场作用下高分子材料动态挤出成型、动态注射成型以及动态混炼成型的技术及装备，
简要阐述了动态挤出中动态固体输送、动态熔融塑化、动态熔体输送过程的机理及实验研究成果，分析了脉动
压力对注射过程的影响以及动态混炼过程中强制混炼、强制分散的原理，对各种动态成型技术辅以相应的制品
性能测试。研究结果表明振动力场的引入在产量相同并保证甚至改善制品综合性能的同时，可有效缩短成型
历程，降低功率消耗，因此高分子材料动态成型加工方法是一种新型的低能耗成型加工技术。
关键词ｉ高分子材料；动态挤出；动态注射；动态混炼
在大部分的传统或常规的成型设备中，成型过程中的各种物理量均假设不随时间发生改变，我们称之为稳态成型过程。然而实际上所谓的稳态成型过程都不可避免的存在一些扰动，因此人们在机械结构及控制系统的设计方面都力求减少扰动。如果改变上述思路，在成型加工中引入可控的周期性扰动，则成型过程中的各物理量随时间发生改变，就变稳态成型为动态成型过程，而这种有规可控的扰动有助于减少无规扰动对加工成型及制品质量的影响，就可能出现新的成型设备。本文将简要介绍三种动态成型技术及设备及其对成型制品的影响。
１动态挤出成型
聚合物动态塑化挤出方法及设备通过螺杆的轴向振动是最早将振动引入到塑化挤出全过程的动态成型方法¨’２】。下面简单介绍振动力场对固体输送、熔融塑化、熔体输送这三个挤出成型的基本历程的影响机理。
将振动引入固体输送过程与土建工程中常用的振动夯实的原理类似，即利用振动力场的作用加剧固体颗粒之间相对运动。从而加速压实过程ｂ】。为了探究振动力场影响固体输送过程的机理，以螺槽中运动的物料为对象建立了振动力场强化固体输送过程数学模型，获得了物料沿螺槽方向输送的压力（密度）、速度的近似解析解，传统固体输送过程就是当螺杆轴向振动的振幅为零时的特例。理论分析结果表明，螺杆的轴向振动可提高固体输送平均压力，缩短固体输送段的长度，增加固体输送角。
图１所示为由透明料筒动态可视化实验装置得到的压缩段沿程物料形态变化图Ｈｏ。对比图１（ａ）、（ｂ）可见，未施加振动时，固体床较松散，分布不均匀，固体床二直延续到压缩段末端。当施加振动后，在熔融段初期，螺杆同样位置的固体床变得均匀，密实程度得到改善，且熔融段结束位置明显提前。为了分析振动力场对熔融过程的影响机理，建立了振动力场作用下挤出过程的熔融解析模型。图２为由上述熔融理论得出的固体床宽度在三种不同振动强度下的分布图，横坐标Ｚ为沿挤出方向坐标，其中设Ｚ＝０时为熔融段起始点，纵坐标Ｘ为固体床宽度，缈为振动强度（Ａ为振幅，厂为频率），从图中可以看出，振动基金项目：国家自然科学基金资助（１０５９０３５１、１０４７２０３４）；作者简介：瞿金平，教授，博士生导师，主要从事聚合物成型理论与装备的研究；Ｆ，－ｍａｉｌ：ｊｐｑｕ＠ｓｃｕｔ．ｅｄｕ．ｃｎ．
高分子通报２００８年ｌＯ月
强度越大，固体床宽度下降越快，熔融段长度越短。
（ａ）
图ｌ
Ｆｉｇｕｒｅ１（ｂ）由动态可视化实验装置得到的沿程物料熔融过程形态变化图８ｃｒｅｗＭｅｌｔｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓａｌｏｎｇｔｌｌｅｏｂｔａｉｎｅｄｆｒｏｍｄｙｎａｍｉｃｖｉｓｕａｌｉｚａｔｉｏｎｅｘｐｅｒｉｎａｅｎｔ；
ｈｅｑｕｅｎｃｙ（－）ｗｉｔｈｏｕｔｖｉｂｒａｔｉｏｎ；（ｂ）ａｘｉａｌｖ日ｂｒｓｔｉｏｎｆｆｆｉ５１＂ｌｚ，ｅｍｐｌｉｔｕｄｅａ＝０．１５ｒａｍ
图２固体床分布与振动参数的关系
Ｆｉｇｕｒｅ２Ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅｔｗｅｅｎｓｏｌｉｄ－ｂｅｄｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎａｎｄｖｉｂｒａｔｉｏｎｐａｒａｍｅｔｅｒｓ
由于聚合物熔体是一种典型的黏弹性复杂流体，实验及理论研究表明振动力场的引入可使熔体黏度及弹性降低ｂ石】。图３所示为运用非仿射网络结构模型获得的一个周期内时均表观黏度与频率关系图Ｃ纠。可见通过增加应变振幅或振动频率，聚合物熔体黏度下降，并且存在最佳应变振幅和最佳频率使得聚合物熔体时均表观黏度下降幅度最大。熔体表观黏度的下降使得相同产量时，挤出阻力减少，挤出压力降低，如图４所示，同时也反映在挤出功率消耗的减少，见图５。¨。
图３时均表观黏度与频率的关系
ｌ一振幅０．１ｍ；２一振幅Ｏ．２ｍｍ；３－－振幅Ｏ．３ｍｍ
Ｆｉｇｕｒｅ３Ｔｉｍｅａｖｅｒａｇｅａｐｐａｒｅｎｔｖｉｓｃｏｓｉｔｙ朔．ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ
ｌ－－Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ０．１ｍｍ；２－－Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ０．２ｍｍ；３－－ＡｍｐｆｉｔｕｄｅＯ．３ｍｍ
本文还研究了振动力场对聚丙烯挤出制品综合性能的影响，在挤出的ＰＰ片材试样上沿垂直和平行
于挤出方向直接取样，进行拉伸和冲击性能测试。测试结果表明，施加振动后，试样在垂直与平行挤出方
第１０期高分子通报・３・
图４振动参数与挤出压力的关系
Ｆｉｇｕｒｅ４Ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅｔｗｅｅｎｖｉｂｒａｔｉｏｎｐａｒａｍｅｔｅ巧ａｎｄｅｘｍｍｉｏｎｐｒｅｓｅｔｔｒｅ
图５振动参数与功率的关系
Ｆｉｇｕｒｅ５Ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅｔｗｅｅｎｖｉｂｒａｔｉｏｎｐａｒａｍｅｔｅｒｓａｎｄｐｏｗｅｒ
向上的拉伸强度都随频率和振幅增加呈现先上升后下降的趋势，试样的冲击强度也随振幅先上升然后回落。且在频率为１０Ｈｚ、振幅为４０ｔ．ａｎ时拉伸强度和冲击强度不论轴向还是横向都达到最佳值，横向的拉伸强度和冲击强度分别提高了２０％和６４％，轴向则分别提高了９％和３５％，说明ＰＰ的强度和韧性在轴向、横向都得到提高，其中横向比轴向提高明显。
上述结果表明，引入振动力场后，在产量相同的条件下，输送塑化的能耗需求降低，螺杆的长径比可以相应减少，而且在一定的振动参数范围内・，不但能够保证甚至还能提升制品综合性能。
２动态注射成型
脉动压力诱导注射成型方法及设备是动态成型方法的重要应用领域之一。如图６所示，在脉动压力诱导注射成型设备中，振动力场被引入到塑化、注射充模及持压全过程。图７【８１所示为充模压力随时间的变化曲线，由于在脉动压力的驱动下，熔体的表观黏度降低，流动性能改善，在相同的注射压力条件下，相同的充模距离所消耗的压力减小，表现为模腔压力较稳态时高。从另一个方面考虑，当充模距离一定时，动态注射成型所需要的平均注射压力可以相应地降低。所以说动态注射成型加工改善了熔体的流动性能，提高了熔体的充模能力，可在比较低的温度、压力条件下充模成型，从而降低能耗。
３三螺杆聚合物动态混炼挤出设备
聚合物三螺杆动态混炼挤出机创造了一种在聚合物物料输送过程中引入振动力场以强化物料塑化混炼效果的方法。该设备使中间螺杆作轴向脉动，则螺杆之间形成的轴向齿间啮合间隙周期性变化，使物料在输送过程中受到复杂的剪切作用的同时受到周期性脉动挤压研磨作用，并且在动态混炼挤出过程
・４・
高分子通报２００８年１０月●３２，Ｏ＾Ｅ５‘ｔ—ｔ寸４｛。删．哪（ｍ‘）删啪洲图６螺杆运动Ｉ一等待；Ⅱ一脉动注射；Ⅲ一脉动保压；Ⅳ一脉动塑化计量Ｆｉｇｕｒｅ６Ｍｏｖｅｍｅｎｔｏｆ８ｃｌ＇ｅ１１ｗＩ—ｗａｉｔｉｌ唱；Ⅱ－－ｐｕｌｓａｔｉｎｇｉｎｊｅｃｔｉｏｎ；Ⅲ－－ｐｕｌｓａｔｉｎｇｐａｃｋｉｎｇ；Ⅳ一ｐＩＩｌｍｉＩｌｇｐｔｗａｃ血ｎｇａｎｄⅢ衙ｉｎｇ＾鼻刍ｖ
Ｒ出蠲群时间（ｓ）图７模腔压力响应Ｆｉｇｕｒｅ７Ｔｉｍｅｒｅｓｐｏｎｓｅｏｆｃａｖｉｔｙｐｒｅｓｓｕｒｅ（ａ）（ｂ）图８ＰＶ／Ｓｉ０２共混物ＴＥＭ照片（１５００倍）（ａ）Ｓｇ振动；“）有振动Ｆｉｇｕｒｅ８ＴＥＭｐｈｏｔｏｓｏｆＰＰ／ＳｉＯｚ（ｍａｇｎｉｆｉｃａｔｉｏｎ：１５００）（－）ｗｉｔｈｏｕｔｖｉｌ】ｒａｔｉｏｎ；（ｂ）ｗｉｔｈｖｉｂｒａｔｉｏｎ
第ｌＯ期高分子通报
中，流场随时间周期性变化，分散体系除了做平移与旋转外，还要承受脉动剪切及脉动压力的周期性压缩与释放作用，加之物料在振动力场作用下黏性与弹性均降低，使分散相更容易进一步细化，均匀分散在连续相中。图８所示为聚丙烯／－－氧化硅ＴＥＭ照片，对照图Ｓ（ａ）、（ｂ）可见振动使二氧化硅颗粒的分散及分布混合效果得到改善。
４结语
在螺杆成型加工过程中引入振动，会对高分子材料成型过程产生一系列影响。振动力场能量的引入并不是能量的简单叠加，而是利用高分子材料成型过程在振动力场作用下表现出来的非线性特性，降低成型过程能耗，提高产品质量，是一种新型的低能耗成型方法。
参考文献：
［１】瞿金平，华南理工大学学报（自然科学版），１９９２，２０（４）：１．
［２］ＱＩＩＪＰ．ＵＳＰ５，２１７，３０２，１９９３．
［３】李建波．轻工机械，２００２，３：２６．
［４］冯彦洪．华南理工大学博士学位论文，２００３．
［５】张娟．华南理工大学博士学位论文，２００３．
［６］弛粥Ｊ．Ｑｌｌ
［８］ＹｉｎＪＰ．ＪＮｏｎｌｉｎｅａｒＳｃｉＮｕｍｅｒＳｈｎｕｌ，２００４，５（１）：９７．［７］ＱｕＪＰ．Ｐｏｌｙｍ－ＰｈｍＴｅｅｈｎｏｌＥＩＩｇ．２００２，４１（１）：１１５．ＸＣ，ＨｅＧＪ，ＱｕＪＰ．ＰｏｌｙｍＢｕｌｌ，２００６，５７（２）：２４３．
ＮｏｖｅｌＤｙｎａｍｉｃＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓｆｏｒＰｏｌｙｍｅｒｓ
ＱＵＧａｎｇ，ＣＡＯＸｉａｎ－ｗｕ
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Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｐｏｌｙｍｅｒ；ＤｙＩｕｌＩｎｉｃｅｘｔｒｕｓｉｏｎ；Ｄｙｌｌａｎｌｉｃｉｎｊｅｃｔｉｏｎ；Ｄｙｎａｍｉｃｍｉｘｉｎｇ
高分子材料动态加工新技术
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被引用次数：瞿金平， 冯彦洪， 彭响方， 何和智， 晋刚， 曹贤武， QU Jin-ping， FENG Yan-hong， PENG Xiang-fang， HE He-zhi， JIN Gang， CAO Xian-wu华南理工大学聚合物新型成型装备国家工程研究中心,华南理工大学聚合物成型加工工程教育部重点实验室,广州,510640高分子通报CHINESE POLYMER BULLETIN2008，""(10)0次
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1.瞿金平 查看详情[期刊论文]-华南理工大学学报(自然科学版) 1992(04)
2.Qu J P 查看详情 1993
3.李建波 查看详情[期刊论文]-轻工机械 2002(03)
4.冯彦洪 查看详情 2003
5.Zhang J.Qu J P 查看详情 2004(01)
6.张娟 查看详情 2003
7.Qu J P 查看详情 2002(01)
8.Yin X C.He G J.Qu J P 查看详情 2006(02)
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振动辅助加工技术特别是电磁动态成型加工技术是高分子加工先进技术之一，在过去的研究中展现了强大的生命力；通过对高分子材料加工过程中施加振动力场，能够有效改善高分子材料材料的加工性能及其制品的使用性能。
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振动辅助加工技术特别是电磁动态成型加工技术是高分子加工先进技术之一，在过去的研究中展现了强大的生命力；通过对高分子材料加工过程中施加振动力场，能够有效改善高分子材料的加工性能及其制品的使用性能。
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1．PP的加入能明显改善UHMWPE的流动性。但是UHMWPE/PP力学性能较差，尤其是随着PP用量的增加，共混物的性能有很大降低，甚至不能使用。
2．HDPE的改性机理与PP不同，它与UHMWPE有良好的相容性，因此对UHMWPE的流动改性效果非常有限，加入40％的HDPE才有较大的改性效果，但是改性效果仍然远远不女口力口入10％的PP。
3．UHMWPE/PP/HDPE三元共混当配比为70/10/20时能够得到较好的加工性和力学性能。采用电磁动态振动技术对其加工，在一定振动力场下挤出片材纵、横向的拉伸强度和断裂伸长率都得到了较大提高，并且对横向影响更有规律。微观结构是宏观力学性能变化的根本原因。力学性能随振动参数的变化而变化，从根本上来说，是动态挤出工艺引起了微观结构的变化。UHMWPE/PP/HDPE复合材料力学性能和微观结构分析间接表征了振动力场对两相之间的结合力的大小，两相间的连续性、相容性的效果，结晶度以及晶体形态。实践证明，采用电磁动态振动技术改善了UHMWPE的难加工性和制品力学性能。
7.学位论文 刘跃军 振动力场下聚合物熔体粘弹行为的研究 2002
任何聚合物材料必须经过成型加工才能体现出各种优良性能,因此都要涉及到流动和变形的问题,即粘弹性问题.研究振动力场下聚合物熔体的粘弹行为,即研究动态成型加工过程中聚合物熔体的流动与变形规律,对高分子材料动态成型工艺的合理选择、动态成型加工设备的优化设计,对获得性能良好的制品,实现高产、优质、低耗,具有重要的科学价值和现实意义.该文不依赖任何本构关系,在合理的假设前提下,对振动力场下聚合物熔体经毛细管的动态挤出过程进行了理论分析;分别建立了振动力场下聚合物熔体的剪切应力、剪切速率、表观粘度和第一法向应力差的表征公式;按照上述公式,通过动态流变实验测量一定振动频率和振幅下毛细管入口压力、体积流量和挤出胀大的瞬态值,再加以适当修正,可分别求得熔体在毛细管壁处的剪切应力、剪切速率、表观粘度和第一法向应力差.分别对稳态挤出和动态挤出时得到的挤出物试样进行DSC测试分析,发现引入振动力场后,半结晶聚合物LDPE试样的熔程变宽,热焓(熔融所吸收热量)明显增大.分别对稳态挤出和动态挤出时得到的挤出物试样进行X射线衍射,发现LDPE试样的结晶度没有大的变化,但晶粒大小有一定程度的降低.这说明振动力场的引入,对聚合物的凝聚态结构产生了一定影响,有助于提高挤出物料内的有序结构和结晶规整性.
8.会议论文 瞿金平.何光建.殷小春.冯彦洪 高分子材料动态加工流变的研究进展 2005
从大量的实验现象可知，振动剪切流场的引入深刻地影响了聚合物塑化成型加工过程，改变了熔体的流动状态，使得聚合物熔体动态表观黏度降低，从而达到控制制品微观结构、提高制品性能和改善制品外观的目的。本文论述了在高分子材料动态加工流变方面，特别是动态挤出流变测量学、非仿射瞬态网络结构模型、动态加工理论和实际应用，进行了相当长时间的理论和实验研究，本文对近期的研究结果进行综述。
9.学位论文 姚化振 单螺杆振动塑化挤出机中聚合物熔体流动过程动态特性研究 2005
任何聚合物材料必须经过成型加工才能体现出各种优良性能，因此都要涉及到对熔体流动过程特性的研究，前人对挤出中熔体流动过程动态特性的研究或多或少存在一些不足。到目前为止，对完全真实模拟聚合物螺杆振动塑化挤出机成型加工情况下的熔体流动过程动态特性的研究还不够深入或不够完善。因此，展开对聚合物熔体流动过程动态特性的研究，对高分子材料动态加工中熔体本构方程的发展建立、动态成型加工设备的优化设计、以及获得性能良好的制品，实现高产、优质、低耗，具有重要的科学价值和现实意义。
本文在合理的假设前提下，采用幂律流体模型，对单螺杆振动塑化挤出机计量段熔体输送行为进行了详细的理论分析研究，建立了幂律流体动态挤出方程，得到了基于可测量参数的熔体动态流量、剪切应力、剪切速率和表观粘度的表征公式，给出了求解幂律流体非牛顿指数n和稠度K的数学公式和数学方法。在建立的动态流率和流动指数的表征公式基础上，对振动力场作用下单螺杆挤出机毛细管模头中熔体的流动过程进行了理论分析研究，并与螺杆中熔体挤出流动过程的研究结果进行了比较，分析表明熔体在螺槽和毛细管模头中的熔体流动过程的动态特性对振动力场的响应规律趋于一致。 本文还进行了以测量得到表征公式中的参数为目的的实验研究。通过在聚合物动态流变综合测试仪上做实验并测得动态挤出压力、平均流量、振动频率、螺杆轴向振幅等动态参数。最后对实验结果进行分析研究，计算得到了实验条件下，所用材料的动态挤出方程中的流动指数n和稠度K。对结果的分析研究表明：振动作用下，流量将产生周期性脉动，其脉动幅值系数εq是压力脉动幅值系数εp和螺杆速度幅值系数εv的非线性之和；振动能使剪切速率增大，能有效降低聚合物熔体的粘度；振动能降低挤出压力，在产量一定的情况下，振动的引入能实现低压挤出。
10.期刊论文 彭响方.瞿金平 毛细管动态挤出LDPE的结构性能研究 -高分子材料科学与工程2001,17(6)
通过对毛细管动态挤出时LDPE的结构进行测试分析,探讨了振动力场对聚合物毛细管挤出物结构性能的影响.在LDPE熔体流动过程中叠加适当的振动场后,LDPE未产生力学降解,振动力场对LDPE的熔融始态有重要影响,挤出物的热稳定性提高,挤出物晶粒大小降低.振动力场对聚合物内部结构产生的影响,有利于改善聚合物的流变性能和力学性能等.这对聚合物动态成型加工技术的深入理论研究具有十分重要的意义.
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