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混沌混煉的高性能高分子包裝材料

辉隆公司与华南理工大学共同合作的“基于混沌混煉的高性能高分子包裝材料成型关键装备及技术研发”项目通过了广东省科技厅科技成果鉴定,并获得国家“2007年度科学技术进步二等奖”[证书号:2007-257],该项目“多边螺槽对流式螺杆的混沌混炼型低能耗擠出機”名义比功率为0.17 kW/(kg/h),仅为国标0.32 kW/(kg/h)的一半,节能显著,属国际首创,整体技术及产品达到国际先进水平。 1)采用流变学建模的方法,并结合控制高分子材料形态演变的微观流变学模型,对高分子材料挤出加工中的流场以及共混物和纳米复合材料的形态演变进行了建模、仿真和分析,尤其是对擠出機内熔融、混炼和熔体流动等的理论研究揭示了如何提高熔融和混炼性能以及降低能耗的机理。

(2)基于上述理论研究,研制的混沌混炼型低能耗擠出機在原理上与目前国内外普遍采用的擠出機明显不同:后者发生的是经典的Maddock熔融过程和剪切混炼,其熔融和混炼效果较差;前者产生了分散熔融和混沌混炼,物料所产生的剪切热小于其熔融所需的热能,可防止材料在熔融和混炼过程中产生过热而浪费能量,节能效果明显。经广东省技术监督机械产品质量监督检验站现场检验表明,该擠出機的名义比功率(即单耗)为0.17 kW/(kg/h),比国家机械行业标准JB/T 8061-96的规定值[0.32 kW/(kg/h)]低0.15 kW/(kg/h)。与代表目前国际上挤出复合最高水平的两家国外公司(美国Davis Standard公司和日本住友重机械摩登公司)的擠出機进行比较表明,本成果研制的擠出機挤出产量最高,而配备的电机功率最低。该擠出機还具有挤出熔体温度低(低10~20℃)、物料适应性强等优点。

(3)在上述宏觀流場模擬和微觀形態演變理論研究的基礎上,結合研制的混沌混煉型低能耗擠出機,對高分子共混物(尤其是黏度比遠大于1)和納米複合材料(尤其是以聚烯烴這類非極性材料爲基體)的形態演變、分散狀態和宏觀性能進行了系統研究,證實混沌混煉型擠出機可改善加工性能、降低加工能耗,尤其是其提供的拉伸和折疊效應有利于高度分散、薄片狀、插層或剝離等形態的形成,在一定程度上解決了納米粒子在高分子材料加工中易團聚的難題,大幅度提高了包裝制品的阻隔性能和力學性能。

(4)采用混沌混煉型低能耗擠出機以擠出的方法生産EVA預塗膜,與常規的采用有毒溶劑溶解EVA塗覆在基材上的方法相比,消除了有毒的有機溶劑的排放及其對環境的汙染和人體的損害;此外,大幅度提高了擠出膜與複合基材的粘合性能,實現了"無膠粘促進劑的綠色複合工藝"。

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