地区：上海市 宝山区
关键词：广州华新科实业有限公司;华南理工大学2;工业化和信息化部电子第五研究所;中山大学;青岛科技大学;金发科技股份有限公司;广东银禧科技股份有限公司;广东炜林纳功能材料有限公司
成果类型：其它
成果领域：生物与新医药
成果编号：A2021061000000027
成果描述：
 以实现聚合物加工成型过程在线测量与表征为目标，重点研究开发利用拉伸形变作用对多相多组分不相容材料进行塑化、混合和界面增容的方法及装置，以及材料微结构、形态及性能的在线测量与表征技术，开发出聚合物加工过程综合测试分析仪器。通过该项目，不仅为新型聚合物及其复合材料的研究开发提供了必要的实验手段，更为研究复杂流场中多相多组分不相容高分子复杂体系的形态、结构生成和演变规律，组分间相互作用机理以及制备过程中流变学、反应动力学等理论研究提供了必要的理论基础和研究手段。一、基于拉伸流变的偏心转子塑化输运模块华南理工大学瞿金平院士在2006年提出了“基于拉伸流变的高分子材料塑化输运方法”并在2007年发明了高分子材料叶片塑化挤出机原理样机，实现了该方法。瞿金平研究团队还进行了高分子材料叶片塑化加工动力学理论研究，建立了叶片塑化挤出过程的固体输送以及熔体输送模型，为新设备的优化设计提供了理论指导。“基于拉伸流变的高分子材料塑化输运方法及设备”（ZL200810026054）已获得中国、美国（US20100135102）、欧盟（EP2113355）、日本（JP2010-501358）、澳大利亚（AU200810026054.X）等15个国家的发明专利授权，并获得2014年“中国专利金奖”。“基于拉伸流变的高分子材料绿色加工成型技术”获得2015年“国家技术发明二等奖”。项目针对第一代叶片挤出装置存在的问题，突破了小型耦合器，转子、定子曲面设计等关键技术，利用偏心转子自转与等速反向公转时在定子内腔中的滚动作用，使偏心转子与定子之间的物料体积沿定子的轴向和径向交替地周期性变化，实现物料的体积脉动形变塑化输运，开发出新一代偏心转子式拉伸流变挤出塑化模块，实现了拉伸流变塑化挤出技术的仪器化。其原理图如图1所示。该仪器热机械历程短、能耗低，分散混合效果好，且塑化输运过程中可实现流道呈流线型、无死角，有利于热敏型高分子材料的塑化和混合改性，适合于加工测试目前传统螺杆难以加工的物料，在纳米粒子分散混合、热敏性生物降解塑料加工方面等具有优势。仪器样机如图2所示。二、拉伸/剪切可控流变测量模块拉伸-剪切可控流场流变仪是一种可控制复杂流场中拉伸／剪切流动比例的流变仪，可用其研究聚合物熔体在复杂流场中的特殊流变行为，为复杂流场中聚合物流变特性的定量表征提供有效方法和实验手段，对推进聚合物加工流变学理论发展和突破流变仪核心技术具有重要意义。该仪器的硬件部分采用模块化设计，全机由测量头、内筒旋转驱动及转矩测量、内筒偏心调节、内筒升降、温控及机架组成。仪器软件功能分为四大部分，分别为数据输入、实验部分、数据后处理部分和数据导出部分。仪器实验模式模仿同轴旋转流变仪进行设计，主要有稳态测试和动态测试两种。样机如图3所示。目前获1项实用新型专利（一种拉伸／剪切可控复合流场的偏心圆筒流变装置，专利号：ZL201520339063.X）。三、旁路式流变测量装置研制旁路式流变仪可以用于工业生产过程的在线监控。目前国内使用的旁路式流变仪产品完全依赖于德国和美国的厂家，国内产品尚属空白，价格昂贵，维护困难。项目组开发一套旁路式在线流变仪，该仪器可以安装在塑料挤出生产线旁路中，实时监测挤出过程中被加工物料的粘度，对产品质量进行闭环控制，并且测量后物料能够返回主流道。该旁路式流变仪不仅可进行流变测量，还可将超声、光谱测量整合进去，成为多功能的聚合物加工过程实时检测工具。该仪器的研制开发将打破国外在旁路式在线流变仪方面的垄断，促进国内的塑料合成行业向精益化方向发展。四、超声、近红外在线测量技术超声波在材料中传播时，其声学参数（包括时域参数、频域参数）与材料的内部结构信息密切相关。利用超声参数与高分子材料内部结构之间关系，可以通过超声波在线测量高分子材料的声学信息来间接表征材料的内部结果以及多相体系的分散状态。光谱在线测量技术是一种通过安装在生产加工设备上的光纤探头对生产加工过程进行实时监测的新型技术。项目突破了超声、光谱探头无法承受聚合物高温高压加工环境的难题，开发出的超声测量装置能够承受最高温度270℃、压力20MPa，近红外、拉曼探头能够承受最高温度230℃、压力10MPa的工作条件，可以适应一部分聚合物的在线加工测量。五、聚合物加工过程测量与表征软件聚合物加工过程测量与表征软件是对仪器测量数据的后处理软件，其功能是对流变仪采集的测量数据提供灵活全面的分析功能。通过该系统的应用可对测量数据进行后处理，可能同时要对流变数据、超声波射频信号和光谱等多种信号进行综合分析，从而对加工过程中的物料状态进行全方位表征。软件开发突破了多数据类型定义与输入输出接口，超声、光谱数据有效信息解析辨识及图形化显示等关键技术，软件界面。六、聚合物加工性能材料数据库开发由于单机版的光谱、超声和流变数据无法实现更多科研人员的数据共享，因此，建立了一个基于B/S模型的通用材料特征数据库，将通用材料的实验结果录入到网络数据库中，可以实现远程网络查询；利用Microsoft Accesss数据库管理软件建立了基于材料名称的光谱、超声和流变数据库；通过IIS服务器实现了通用材料特征数据库的网络服务；实现了对简单数据的查询、录入、修改和删除等功能。将通用材料的实验结果（基本数据、拉曼光谱数据、红外光谱数据、超声数据和流变数据）录入到网络数据库中，实现远程网络共享。科研人员可以使用浏览器登录网站，查询已经测试过的通用材料的实验数据，节约了科研时间，减少了重复实验，提高了资源利用率。聚合物加工过程流变仪可应用于从事聚合物加工相关企业和进行聚合物加工过程研究的高校实验室以及研究所，为其聚合物加工生产和研究提供全面的针对加工过程中聚合物的分析方法。 |
