聚氯乙烯高性能化高效制备装置的设计与性能研究

• 作 者: 袁擘
• 出 处: 北京化工大学
• 发表日期: 2019年01期
• 关键词: 聚氯乙烯 微纳层叠 层叠器 Polyflow 力学性能 热稳定性

聚氯乙烯在人类历史上有着很广泛的应用,其生产难度低,造价低廉,综合性能良好,因此一直是世界范围内产量前几位的高分子材料之一。针对聚氯乙烯的高性化制备技术,前人已经获得了很有效的研究成果。综合来看,聚氯乙烯高性能化的方法主要包含共混,共聚,多层材料,自增强等,其中基于微纳层叠技术对聚氯乙烯的高性能化属于加工过程自增强技术,其不需要对聚氯乙烯配方做出更改,通过以层叠器为核心部件的高性能化装置就能对聚氯乙烯实现多方面性能的提升,因此有着广泛的应用前景。从目前的高性能化装置发展状况来看,对于聚氯乙烯的性能提升已经得到了很有效的成果。但是,对于在装置实现高性能化的同时又能高效率生产方面,鲜有文献进行过研究,因此,本文利用微纳层叠原理对聚氯乙烯高性能化高效制备装置进行设计和性能研究。(1)采用多层叠器并联的方法设计了四个层叠器并联结构的并联高效率层叠器,并在中试线一分四层叠器基础上继续增加层叠单元数量,重新设计了一分六层叠器流道结构。(2)利用层叠单元环向布置的方法设计了环形高效率层叠器,对层叠单元结构进行重新设计以适应环向布置,并设计了对应的环向布置方案。与并联高效率层叠器对比后发现环形高效率层叠器拥有相同入料面积下模具体积质量小,内部流道差异性小,对装置内其他部件要求低,叠加层数上限高等优势。(3)利用Polyflow软件对高效率层叠器流道进行了数值模拟,探究了高效率层叠器流道的基本流动情况;引入壁面滑移的影响模拟了流道内速度分布不均的情况,并对流道粒子进行轨迹追踪实现了速度分布的可视化;对比了不同结构流道对生产线产量的影响,结果发现相同压力下环形高效率层叠器的流速是并联高效率层叠器的3.37倍;同时对不同层叠器内部层叠单元的流动差异性做了研究,发现环形高效率层叠器的流动差异性更小。(4)利用环形高效率层叠器为核心部件制作了生产级聚氯乙烯高性能化高效制备装置,并依据相同原理设计制作了实验级聚氯乙烯高性能化高效制备;搭建了分段式低温生产线对生产线和环形高效率层叠器的性能进行研究,结果显示分段式低温生产线可以将连续生产温度降到150℃左右,环形高效率层叠器对聚氯乙烯样品在力学性能,抑制塑化剂迁移性能,热稳定性,结晶性能等方面均有提升效果,同时高转速下样品的性能表现也要优于低转速下的样品。