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螺杆构型对聚丙烯（PP）/尼龙（PA6）共混体系影响的研究

作　者: 胥伟伟
导　师: 马秀清
学　校: 北京化工大学
专　业: 机械设计及理论
关键词: PP/PA6共混体系数值模拟螺杆构型力学性能
分类号: TQ320.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

影响PP/PA6共混体系性能的主要因素有配方、相容剂、操作条件、混合设备等,而混合设备中螺杆构型是影响共混体系性能的关键因素。本文采用专业CFD(Computational Fluid Dynamics)软件POLYFLOW,对啮合同向双螺杆挤出过程中,KB+S(捏合块元件+S型元件)和S+KB(S型元件+捏合块元件)两种螺杆构型下的三维等温非牛顿流场进行了模拟计算,通过计算得到了各流场下的速度场、压力场、剪切应力场、回流量及停留时间分布,由此分析比较了两种螺杆构型的混合性能,结果表明:KB+S螺杆构型回流量较大,停留时间分布较宽,因此这种螺杆构型具有较强的轴向混合能力;同时其剪切应力较大,具有良好的分散混合能力,并通过实验验证了这一结果。本文采用正交实验设计研究了PP/PA6/PP-g-MAH的配比对共混物性能的影响,结果表明相容剂对共混物的力学性能影响最大,其次为PA6。研究了加工温度和主机螺杆转速对共混物力学性能的影响,结果表明共混物的拉伸强度和弯曲强度随着加工温度的升高而降低,随着螺杆转速的升高而增加;冲击强度随加工温度的升高有上升的趋势,随着螺杆转速的升高变化不大。在螺杆的熔融段设置了剪切型元件(KB)和拉伸型元件(S),在熔体输送段设置了齿形盘(TME)、六棱柱(FTX)和非啮合多过程(NI-MPE)元件,研究了六种不同的螺杆构型对共混物性能和形态结构的影响,结果表明:在熔融段设置捏合块元件(KB),在熔体输送段设置六棱柱元件(FTX),可以得到抗冲击性能和加工流动性能都较好的聚合物合金材料。

全文目录

摘要  4-6
ABSTRACT  6-14
第一章绪论  14-24
  1.1 概述  14
  1.2 聚合物共混的研究  14-19
    1.2.1 聚合物共混物相态结构的研究  14-16
    1.2.2 聚合物间相容性的研究  16-18
    1.2.3 工艺条件对聚合物共混物形态结构的影响  18
    1.2.4 螺杆构型对聚合物共混物形态结构的影响  18-19
  1.3 双螺杆挤出过程的研究  19-23
    1.3.1 双螺杆挤出机及部分新型元件的研究状况  19-20
    1.3.2 双螺杆挤出过程的数值模拟计算  20-21
    1.3.3 双螺杆挤出过程的实验研究  21-23
  1.4 本课题研究的主要内容、目的及意义  23-24
第二章基础理论  24-36
  2.1 混合理论  24-29
    2.1.1 混合机理  24-25
    2.1.2 混合分类  25
    2.1.3 分散混合  25-27
    2.1.4 非分散混合  27-29
  2.2 聚合物共混物的表征  29-36
    2.2.1 聚合物共混物相态结构的基本类型  29-30
    2.2.2 聚合物共混物混合状态的直接描述——相观察法  30
    2.2.3 聚合物共混物混合状态的间接判定——力学性能  30-32
    2.2.4 聚合物共混物流动性能的表征——熔体流动速率  32
    2.2.5 数值模拟中混合性能的表征——停留时间分布函数  32-36
第三章不同螺杆构型混合性能的数值模拟  36-50
  3.1 POLYFLOW数值模拟的基本步骤  36-37
  3.2 数理模型、有限元模型及边界条件  37-42
    3.2.1 数学模型  37-38
    3.2.2 几何模型  38-39
    3.2.3 有限元模型  39-42
    3.2.4 边界条件  42
  3.3 模拟结果及讨论  42-48
    3.3.1 速度场  42
    3.3.2 压力场  42-44
    3.3.3 剪切应力场  44-45
    3.3.4 回流量  45-47
    3.3.5 停留时间分布  47-48
  3.4 小结  48-50
第四章 PP/PA6共混体系的实验研究  50-74
  4.1 实验原料和实验设备  50-51
    4.1.1 实验原料  50
    4.1.2 实验设备  50-51
  4.2 配方对共混物力学性能影响的相关实验  51-56
    4.2.1 实验方案  51-52
    4.2.2 实验结果与讨论  52-56
  4.3 工艺条件对共混物性能影响的相关实验  56-61
    4.3.1 实验方案  56-57
    4.3.2 实验结果与讨论  57-61
  4.4 螺杆构型对共混物性能和相态结构影响的相关实验  61-71
    4.4.1 第一种方案  61-63
    4.4.2 实验结果与讨论  63-67
    4.4.3 第二种方案  67-68
    4.4.4 实验结果与讨论  68-71
  4.5 小结  71-74
第五章结论  74-76
  5.1 课题研究的主要结论  74-75
  5.2 课题的创新点及主要贡献  75
  5.3 课题有待于进一步研究的问题  75-76
参考文献  76-82
致谢  82-84
攻读学位期间发表的学术论文  84-86
作者及导师简介  86-89
北京化工大学硕士研究生学位论文答辩委员会决议书  89-90

螺杆构型对聚丙烯（PP）/尼龙（PA6）共混体系影响的研究

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