聚合物基炭黑导电材料混合设备的研究及其制备工艺的开发

• 作 者: 刘晓鸣
• 机 构: 华东理工大学
• 出 处: 华东理工大学
• 发表日期: 2007年期
• 关键词: 聚合物基炭黑 导电材料 双转子连续混炼机 操作工艺 三维等温数值模拟 混合设备

聚合物填充改性是提高聚合物性能的一个重要的途径。复合材料的性能与无机粒子在聚合物中的分散情况密切相关。对于某种特定的聚合物来说，其分散情况是由所用的混合设备和所采用的混合工艺所决定的。因此，本文利用有限元软件POLYFLOW对双转子连续混炼机三维等温非牛顿流动进行了数值模拟，并利用模拟结果讨论了转子、嵌入块结构和操作工艺对设备混合能力的影响。又进行了操作工艺对双转子连续混炼机混合能力影响的实验研究，并通过扫描电镜观察、测试力学性能、导电特性对炭黑在聚乙烯中的分散情况进行了表征。主要研究结果如下：
1.加料量对平均混合指数影响很小，比剪切应力随着加料量的增加而减少；随着转速的增加，比剪切应力呈近似的线性增加，平均混合指数有一个减小的趋势；随着轴向压差的增加比剪切应力和平均混合指数都随之增加。
2.转子结构对流场的分布影响比较复杂，转子具有不同的螺旋角，其平均剪切应力和平均混合指数也各不相同，这样可根据实际的需要选择合适的转子；随着嵌入块的高度的增加，平均剪切应力也随之增加，平均混合指数随之减小。
3.室温电阻随着加料量的不同而变化，随着转速的增加其电阻也随之增加。复合材料的最大拉伸应力随着加料量的增加而减小，随着转速的增加而增加。其与数值模拟的分析较为一致。由扫描电镜的照片可以看到，炭黑在聚乙烯中粒径约为77nm。