黃鳳磊，劉淼，李志鵬，蔡子琦，高正明

共混用動態(tài)混合器的研究與應用進展

黃鳳磊，劉淼，李志鵬，蔡子琦，高正明

（北京化工大學化學工程學院，北京 100029）

動態(tài)混合器具有提高聚合物共混過程中分散相混合質量的優(yōu)點。本文從混合理論出發(fā)，重點介紹了分散和分布混合理論的研究進展。對共混用動態(tài)混合器進行了分類與整理，簡述了釜式攪拌器與螺桿擠出機類動態(tài)混合器，并詳細介紹了銷釘式、球窩式和空穴傳遞式動態(tài)混合器的原理與結構。從實驗和數(shù)值模擬兩個方面闡述了動態(tài)混合器的研究方法，實驗研究主要包括計算機圖像處理技術與顯微分析技術、力學性能分析技術和粒子圖像測速技術，數(shù)值模擬研究方法方面則從宏觀和介觀兩種尺度進行了簡要的介紹。最后介紹了共混用動態(tài)混合器在化纖、塑料、橡膠等多個工業(yè)領域的應用，指出實驗與數(shù)值模擬相結合的方法有助于提高現(xiàn)有研究水平，解決動態(tài)混合器設計與優(yōu)化過程中的難題。

聚合物共混；混合理論；動態(tài)混合器；計算流體力學

高分子聚合物工業(yè)在近幾十年中得到了迅速地發(fā)展，許多主要的聚合物都已實現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)，并廣泛運用于化纖、塑料、橡膠等多個行業(yè)。隨著生活水平和環(huán)境保護相關標準的逐漸提高，人們對于聚合物產(chǎn)品質量和功能的要求越來越高，如高端化纖制品需具備多個功能，包括親水性、疏水性、染色性、抗靜電、抗菌除臭、阻燃性、抗紫外線和抗電磁等。聚合物的功能性需通過改性的方式實現(xiàn)，主要可以分為化學改性和物理改性兩種。共混法是物理改性的一種重要方法之一，指的是通過把具有某種功能的改性劑或添加劑混到聚合物熔融體中，使其在聚合物中充分分散，具有操作簡便、成本相對低廉的優(yōu)點。因此，開發(fā)高效的聚合物共混設備，有利于降低過程能耗、提高產(chǎn)品性能和競爭力。本文從混合理論出發(fā)，介紹了高黏聚合物共混設備的研究及應用進展，以期為新型高效聚合物共混設備的研究提供參考。

1 混合理論

混合均勻程度是用來評價混合器混合質量的一項重要的指標。在共混所使用的混合器中，混合有兩種基本類型：分布混合和分散混合。不通過改變顆粒尺度或相界面而增加體系均勻性的混合稱為分布混合；反之，則為分散混合?；谝陨蟽煞N基本類型，動態(tài)混合器中的混合遵循以下兩個原理：由于高剪切作用而產(chǎn)生的分散混合和由于流體單元的宏觀運動而產(chǎn)生的分布混合效應。分布混合主要是改善分散相組分的空間分布情況，而分散混合則能在最小的應力和變形作用下將團聚物分散[1]。前者的表征量主要有分離尺度[2]、界面拉伸統(tǒng)計和時間平均效率[3]等，而后者的表征量有分散準數(shù)[4]、剪切速率[5]、加權平均總應變[6]等。

1.1 分散混合過程的研究進展

1.1.1 粉體團聚物的分散

在聚合物的混煉過程中，為了改善聚合物的某些性能，常常將一些固體添加劑加入聚合物中，并且使其以盡可能小的形式均勻分布于聚合物連續(xù)相中。Shiga等[7]通過實驗觀察到粉體團聚物在剪切流場中主要有破裂破碎和侵蝕破碎兩種破碎方式。破裂破碎是粉體團聚物在較大的剪切力作用下，在較短時間內沿某一截面破裂，形成的碎片相對較大。侵蝕破碎則是團聚物在較小的剪切力下，粒子從表面逐漸剝離下來，侵蝕下來的碎片相對破裂破碎的碎片較小。在其所研究的分散過程中破裂破碎起關鍵作用。

Manas-Zloczower等[8]通過研究建立了簡單剪切流場中團聚體分散過程的混煉模型，提出粉體團聚物的破碎過程取決于一個量綱為1參量，如式(1)。

1.1.2 聚合物熔體液滴的分散

在聚合物的混煉過程中，還大量涉及聚合物熔體與聚合物熔體之間的分散或混合。在高黏度聚合物共混體系下，流場中的剪切應力與界面張力的作用是分散相液滴的變形與破裂的主要原因。在分散相液滴的變形過程中，依次形成具有一定條紋厚度的片狀結構、網(wǎng)洞結構、絲狀或液柱結構。由于流場作用，液滴發(fā)生波動甚至斷裂，形成眾多的小粒徑液滴。伴隨著分散相液滴粒徑的減小，液滴的數(shù)目在不斷地增多，此時更容易碰撞而發(fā)生集聚，分散與集聚同時發(fā)生，達到平衡狀態(tài)時分散相的尺寸為液滴的最終尺寸。Elmendorp等[12]對簡單剪切流場和單軸拉伸流場中的分散相聚合物熔體液滴的破裂過程進行了大量研究，發(fā)現(xiàn)液滴發(fā)生的形變主要受共混黏度比和毛細管數(shù)的影響，此理論不僅適用于牛頓體系的剪切流場，同樣適用于拉伸流場。CHEN等[13]發(fā)現(xiàn)拉伸應力在減小分散相液體尺寸方面起到?jīng)Q定性作用，且共混黏度比越接近1分散相液體越容易破碎。

1.2 分布混合過程的研究進展

分布混合過程作為分散相在連續(xù)相中的重新分布和取向過程，在減小共混體系的不均勻性方面起到了比較大的作用。分布混合是一種沒有黏附阻力的混合作用，是由流體的剪切作用和拉伸變形引起的。為了定量地描述混煉過程，常用相界面面積來表征。李樹等[14]提出用兩組分的界面面積的變化和混合條紋厚度來評估混合程度，且發(fā)現(xiàn)條紋厚度可以很好地表征混合物的質量和混合過程：每當流體混合物流經(jīng)組成混合器的某個混合元件時，流體被分劈，界面面積明顯地增加，流體條紋數(shù)（分流數(shù)）也明顯增多。郭英[15]用分流數(shù)來評價混合器的分布混合能力，同時提出了分流數(shù)計算方法和公式。蔣金云等[16]在此基礎進行了優(yōu)化，并將優(yōu)化后的分流數(shù)公式與理論分流數(shù)進行了對比。

2 動態(tài)混合器的形式

為了實現(xiàn)共混過程中輔料在主料中的均勻分散，多種混合設備應運而生，根據(jù)設備的運轉和混合方式可主要分為靜態(tài)混合器和動態(tài)混合器。靜態(tài)混合器是20世紀70年代初發(fā)展起來的一種混合設備，其中無運動元件，主要依靠流體自身的能量并結合靜止元件的結構改變流體在管內的流動狀態(tài)，此時流體被多次分割、旋轉、復合，并最終實現(xiàn)均勻混合，但其剪切能力較弱且相對不易調節(jié)。發(fā)達國家的靜態(tài)混合器起步較早，20世紀80年代起即出現(xiàn)了如凱尼斯（Kenics）、羅斯（Ross）、瑞士蘇爾壽（Sulzer）的SMV、SMX、SMXL型和日本東利Hi型等產(chǎn)品[17-18]。我國對靜態(tài)混合器的研究始于1977年，現(xiàn)有的靜態(tài)混合器主要有SX、SV、SL、SH和SK等規(guī)格型號，本質上都和瑞士蘇爾壽的SMV混合器相近。與靜態(tài)混合器不同，動態(tài)混合器是依靠機械動力元件使流體系統(tǒng)發(fā)生強制流動，以實現(xiàn)物料混合均勻的效果，常見的形式有釜式攪拌器和螺桿擠出機。

2.1 釜式攪拌器

黏度較高的流體具有較大的內摩擦力，在攪拌時需要較大的機械能使流體內部分子間發(fā)生相對運動，因此通常需要較大功率的電機驅動，常見的攪拌器有錨式攪拌器和螺帶式攪拌器[19]。

如圖1(a)所示，錨式攪拌器由水平和垂直槳葉組成，該結構不易發(fā)生變形，且由于其直徑較大，可刮掉反應釜壁上粘著的物料，提升導熱能力，適用于對黏度低于100Pa·s的流體進行攪拌。

螺帶式攪拌器如圖1(b)所示，是以攪拌軸為軸心按一定螺距將多個具有一定寬度的鋼帶呈螺旋狀繞成，螺帶攪拌器邊緣與釜壁間隙很小，幾乎相貼，所以其攪拌時能不斷刮掉粘于釜壁的沉積物料，且流體在釜內總體呈軸向循環(huán)，沿釜內壁不斷螺旋上升，再沿攪拌軸向下排出。

圖1 攪拌器

這一類設備主要是在層流下將分散相團聚物多次剪切而達到均勻分散，當物料黏度超過100Pa·s因效率低便不再適用。

2.2 螺桿擠出機

螺桿擠出機是另一種常用的動態(tài)混合器，主要依靠物料與機筒、螺桿摩擦力與剪切力使得兩種或多種共混組分實現(xiàn)均一混合。如圖2所示，傳統(tǒng)的三段式螺桿擠出機根據(jù)物料的狀態(tài)變化分為進料段、壓縮段和計量段，在這三段中，進料段的作用是將原料顆粒擠壓成固體床（solid bed），并將物料向前移動；壓縮段的作用是靠著螺桿對原料的剪切摩擦熱將固體塑料融化；計量段主要是促進熔融物料的混合以及增壓效果。而由于常規(guī)單螺桿擠出機的混合能力有限，為了提高擠出機的混合分散能力，學者們研制了諸多可直連在螺桿上或單獨設置的動態(tài)混合元件，這一類螺桿擠出機統(tǒng)稱為非三段式（功能加強型）螺桿。根據(jù)設置的混煉元件不同，非三段式螺桿又分為分流型和分散型。

圖2 傳統(tǒng)三段式螺桿

2.2.1 分流型混煉元件

分流型混煉元件的基本原理是正面來流的流體遇到混煉元件后一分為二，并再與其他流體相互混合，當流體經(jīng)過次分流后，其新產(chǎn)生的流體股數(shù)則達到了2次[20]。常規(guī)的分流型混煉元件主要如表1所示。

表1中所述的銷釘螺桿指的是在普通螺桿計量段的一定位置上設置一些銷釘，目的在于提高混合效果。當物料被迫通過銷釘之間且同時又受螺桿旋轉作用時，分散相在流動過程中不斷被分劈和變形；此外，物料之間和物料與銷釘之間的摩擦作用而產(chǎn)生的熱量也有利于加速固體小碎塊的熔融。銷釘螺桿的混合效果和銷釘?shù)呐挪挤绞接泻艽箨P系，通常分為平行排列和交錯排列式。根據(jù)銷釘?shù)膸缀涡问接挚煞譃閳A形銷釘和菱形銷釘。作為傳統(tǒng)的銷釘螺桿的改進，嚙合銷釘使得銷釘螺桿不僅具有分流作用，還能提供多重連續(xù)的高剪切作用，從而進一步增強了銷釘螺桿的混合效果[22]。

表1 常規(guī)分流型混煉元件[21]

2.2.2 分散型混煉元件

分散型混煉元件指的是能同時實現(xiàn)分布和分散混合的混煉元件。常見的分散型混煉元件如表2所示。

表2 常規(guī)的分散型混煉元件

（1）球窩式動態(tài)混合器 球窩式動態(tài)混合器適用于黏度高達103Pa·s的多種物料的均勻混合。其不但對流體具有很強的剪切作用，還有分流、剝離配位和擠壓捏合等綜合作用，并且具有流通阻力小、混合效率高的特點。趙式英等[24]對球窩式動態(tài)混合器的結構進行了詳細的分析和探討，結構如圖3所示，主要由混合頭、混合套和機筒3部分組成?；旌项^與螺桿頭部采用螺紋連接，球窩式動態(tài)混合器機筒與螺桿擠出機機筒使用法蘭連接，為了便于對中和密封采用斷面相接的形式，從而使動態(tài)混合器與擠出機聯(lián)為一體。在混合頭的圓柱體部分和混合套內表面上沿軸向和周向均勻地排布直徑為的球窩，且使得混合頭上排布的球窩與在混合套上相鄰球窩相錯/2長度。影響該類型動態(tài)混合器的結構參數(shù)主要有球窩直徑、動態(tài)混合器長度及軸向和周向的球穴個數(shù)，若其他結構參數(shù)不變，較小的球窩半徑可以比較大的球窩半徑提供更好的混合效果，而動態(tài)混合器長度的增加可使混合效果提高[25]。

圖3 球窩式動態(tài)混合器[23]

（2）空穴傳遞混合器 空穴傳遞混合器是一種利用重復的剪切與翻轉作用實現(xiàn)混合的動態(tài)混合器，由一個柱狀的轉子和一個筒狀的定子兩部分組成[26]。定子一剖為二，如圖4所示，在轉子的外表面和定子的內表面上都分別有規(guī)律地排布半球狀的空穴。不僅要轉子和定子各自空穴本身相間交錯排列，而且須使定、轉子上的空穴在裝配后亦能相間交錯排布。區(qū)別于球窩式動態(tài)混合器，空穴傳遞動態(tài)混合器上空穴的結構和排列方式使得轉模在旋轉時，任一個空穴能同時與3個相對的空穴相互交錯重疊，且半球狀空穴邊緣須加工成流線型，以避免死角存在而出現(xiàn)滯流。

圖4 空穴傳遞動態(tài)混合器[25]

3 動態(tài)混合器的研究方法

在動態(tài)混合器的研究中，現(xiàn)有的混合理論能夠指導混合器的初步設計，但若需要準確獲取高效動態(tài)混合器中共混物的分散性甚至定量評價混合的混合性能，則必須借助相應的技術方法和手段。

3.1 實驗方法

（1）計算機圖像處理技術與顯微分析技 術 通過顯微成像技術獲得的圖像和計算機圖像分析處理軟件相結合可以對共混物的分散性進行定量表征。常用的顯微成像設備有光學顯微鏡、掃描電子顯微鏡、透射電子顯微鏡等。

揣成智和Edwards[27]利用顯微鏡放大照相技術研究了硬聚氯乙烯熔體與碳酸鈣共混擠出過程，利用動態(tài)混合器得到的產(chǎn)品較未使用動態(tài)混合器的產(chǎn)品混合更加均勻。SUSAN等[28]利用場發(fā)射掃描電子顯微鏡對于使用動態(tài)混合器將有機納米黏土分散于乙烯-乙烯醇共聚物中的混合物進行表征，發(fā)現(xiàn)有機納米黏土可以很好地分散于共聚物中。許正軍和陳瑞琪[29]將計算機圖像處理技術和顯微分析技術相結合對動態(tài)混合器的混合效果進行評定，以像素的分布作為混合的度量，確立了用于圖像處理的算法，研究了尼龍6（少組分）與聚丙烯（多組分）經(jīng)球穴式動態(tài)混合器混合后的分散特性。姜兆輝等[30-31]采用熔融共混-母粒稀釋技術在高效動態(tài)混合器中制備了聚丙烯/炭黑薄膜，利用光學顯微鏡（OM）、掃描電子顯微鏡（SEM）和透射電子顯微鏡（TEM）的圖像，結合Image J圖像分析軟件定性和定量表征了炭黑在聚合物中的分布與分散特性，分析結果表明炭黑粒子在膜中分散良好、分布均勻。通過圖像分析將定性的信息轉換成定量信息，且建立了炭黑在聚合物中分散性的評價體系。

（2）力學性能分析技術 力學性能是一種間接評價分散度的方法。斷裂伸長、拉伸彈性模量、動態(tài)力學性能、注塑或模壓樣品的沖擊強度常作為表征分散性的性能特征值。易慶鋒等[32]研究了球形氧化鋁在聚合物中的分散性對其力學性能的影響，證實分散性差時，力學性能會變差。不過該評價方法有以下不足之處：①需準備大量樣品進行重復性試驗，且制備條件須完全一致；②僅依靠表觀性能推斷微觀結構，無法獲取粒徑分布的詳細信息。

（3）粒子圖像測速技術 粒子圖像測速技術（particle image velocimetry，PIV）作為一種非接觸式光學測量手段，可以得到非定常流場的瞬時整場信息，且具有不干擾流場、測量精度高、動態(tài)響應快、分辨率高等優(yōu)點[33]。利用PIV技術可以獲得動態(tài)混合器內部流場的分布狀態(tài)，為新型動態(tài)混合器的開發(fā)研究提供實驗數(shù)據(jù)基礎。LEHWALD等[34]利用粒子圖像測速技術和平面激光誘導熒光技術（planar laser induced fluorescence）對SMX型靜態(tài)混合器中層流狀態(tài)下水的混合特性與流動特性進行了研究,混合器結構以及速度場如圖5所示。RODRíGUEZ-GONZáLEZ等[35]利用粒子圖像測速技術研究了不同剪切速率下高密度聚乙烯/黏土納米復合材料螺桿擠出過程的流動特性。在所有的剪切速率下，發(fā)現(xiàn)有機黏土的濃度越高，越容易引發(fā)共混物壁面滑移現(xiàn)象（wall slip）。

圖5 SMX型靜態(tài)混合器中層流狀態(tài)下水的混合特性與流動特性

3.2 數(shù)值模擬方法

功耗特性和混合特性的規(guī)律是設計及優(yōu)化動態(tài)混合器的必要前提。基于傳統(tǒng)工程經(jīng)驗或實驗的方法來設計動態(tài)混合器具有工作量大、周期長、較多參數(shù)難以獲取等短處。同時，由于動態(tài)混合器結構復雜，其中激光難以到達部位的流場結構很難通過PIV實驗獲得，所以近年來，計算流體力學（computational fluid dynamics，CFD）方法開始在混合器的設計、優(yōu)化和工程放大中得到更多的關注和應用。

（1）宏觀尺度的數(shù)值模擬 宏觀尺度數(shù)值模擬方法主要分為有限元法（finite element method）、有限差分法（finite difference method）和有限體法（finite volume method）等。WANG等[36]利用基于有限元方法的FIDAP軟件，對于空穴傳遞混合器內流動特性進行了模擬研究。模擬計算使用冪律模型來表征流體的流變行為，在忽略轉子和定子之間的間隙下，研究了具有6×4球窩的轉子與定子腔體內的壓力與剪切應力的分布場。研究發(fā)現(xiàn)剪切應力的峰值出現(xiàn)在轉子腔與定子腔體的過渡區(qū)域。轉速和軸向壓力差會影響混合器內剪切應力的水平。Raza等[37]基于雷諾方程建立了動態(tài)混合器中與時間相關的二維截面上流動過程的數(shù)學模型，并利用有限差分法進行求解流場中的壓力和速度分布。結果表明，壓力分布隨著轉子的旋轉而成周期性變化，當轉子與定子的腔體對準時壓力分布非常均勻，僅有一個較小的軸向壓力梯度；當轉子轉動時，腔體相對位置發(fā)生偏移，壓力分布場會有非常明顯的變形。而在速度場方面，則首先求解出二維平面上的與方向的速度場，再利用連續(xù)性方程計算出方向上的速度分布，進而合成如圖6所示的平面與平面上的速度分布。Jiang等[38]利用計算流體力學軟件Fluent模擬了球窩式動態(tài)混合器內的速度分布，發(fā)現(xiàn)軸向速度周期性變化并形成周期性速度梯度，展現(xiàn)出拉伸流動的特點。轉子球窩中熔體的流速小于套筒中的流速，當流體從轉子的球窩流向套筒中時，會產(chǎn)生強烈的剪切作用，從而促進混合。

圖6 速度分布

（2）介觀尺度的數(shù)值模擬 格子玻爾茲曼方法LBM（lattice boltzmann method）是以流體的分子運動理論為基礎發(fā)展起來的一種新的介觀尺度下的模擬方法，由于其模擬尺度小、邊界處理相對容易和內在的并行性等多個優(yōu)點，其已廣泛地應用于流體流動問題的數(shù)值模擬。

Buick等[39]利用LBM方法將單螺桿擠出螺槽橫截面上的流動簡化為理想平板拖動腔剪切流模型來處理，模擬了高黏流體層流狀態(tài)的流場，模擬結果如圖7所示，并將模擬結果與理論和有限差分法得到的結果相比，發(fā)現(xiàn)LBM模擬不會在流場的底部角落形成小循環(huán)，與理論結果更加吻合，結果更加精確。在之前研究的基礎上，Buick[40]利用冪律模型描述流體流變特性，對單螺桿擠出螺槽橫截面上牛頓流體、剪切變稀、剪切變稠流體的流場進行了模擬和對比研究，發(fā)現(xiàn)流體的非牛頓性對流場影響較大，進行數(shù)值模擬時需考慮流體的非牛頓特性。

圖7 螺槽橫截面牛頓流體流場分布

4 動態(tài)混合器的應用

4.1 化纖行業(yè)

在化纖行業(yè)，高效動態(tài)混合器主要用于合成纖維的紡前染色和基于熔體直紡生產(chǎn)功能性聚酯 纖維。

德國Barmag公司[41-42]使用動態(tài)混合器進行三葉型PA66纖維的紡前染色，產(chǎn)品中2.2%和3.5%濃度的染色劑分布情況很好，沒有出現(xiàn)添加劑的凝聚現(xiàn)象，該公司還將動態(tài)混合器用于生產(chǎn)符合車用紡織品要求的紡前灰色聚酯。浙江新鳳鳴集團[38]利用管道添加和基于球窩式動態(tài)混合器的動態(tài)混合技術生產(chǎn)出了267dtex/288f細旦竹炭滌綸POY，產(chǎn)品的綜合物理性能非常好，可以滿足后加工要求。姜兆輝等[30]基于動態(tài)混合器的熔體直紡在線添加技術制備了抗紫外線PET纖維，且與切片紡抗紫外線纖維相比，熔體直紡抗紫外POY纖維斷裂強度提高13.87%，不勻率下降75.19%，TiO2粒子Heywood直徑減小13.97%，纖維中無機粒子分散更加均勻、性能更優(yōu)，抗紫外效果已經(jīng)遠高于紫外線防護用品需滿足的UPF＞40標準。

4.2 塑料行業(yè)

在塑料行業(yè)，動態(tài)混合器主要應用于ABS塑料共混脫揮、制備PVC熱敏性樹脂、木塑復合材料、界面縮聚合成碳酸聚酯、可降解聚合物生產(chǎn)等領域。

由W.P公司設計的動態(tài)混合器排氣口插件廣泛應用于改性塑料行業(yè)中[43-44]，其最大特點是可以根據(jù)不同的物料要求更換插件以適應加工性，適用于含揮發(fā)性組分較多的物料，如苯乙烯類、聚碳酸酯類或溶劑脫揮等，還可用于尼龍（PA）、聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET）等彈性物料加工。德國Chemische Werke Huels公司于20世紀50年代發(fā)明行星齒輪型動態(tài)混合器，并成功應用于生產(chǎn)PVC的壓延機上，還可以加工回收料，降低成本，該類設備已在合成熱敏性塑料中得到廣泛的應用[45]。浙江華泰塑膠股份有限公司采用動態(tài)混合器代替?zhèn)鹘y(tǒng)工藝線上的密煉機進行預塑煉，采用動態(tài)混合器后每條生產(chǎn)線每年電力消耗量降低了43%，并且省去了原密煉機每年耗用的密封潤滑油，有效降低了生產(chǎn)成本[46]。德國Battenfel公司開發(fā)了塑木材料加工用動態(tài)混合器，并且有效提高了塑木材料的加工性 能[47-48]。中國昆侖工程公司開發(fā)了一種用于擠出發(fā)泡高效生產(chǎn)聚乳酸（PLA）的動態(tài)混合器[49]，用于擠出發(fā)泡制備低密度的PLA微孔泡沫塑料。

4.3 橡膠行業(yè)

動態(tài)混合器在橡膠行業(yè)應用也十分廣泛，主要在橡膠膠料混煉、動態(tài)硫化、連續(xù)脫硫等領域。

美國孟山都公司生產(chǎn)的Santoprene采用GESSLER和FISHER等提出的動態(tài)硫化（dynamic vulcanization）工藝，使用高溫開煉機制備EPDM/PP熱塑性彈性材料，該項技術經(jīng)過CORAN的進一步研究，改進共混設備，將高溫開煉機改為密煉機生產(chǎn)EPDM/PP熱塑性彈性體，并且成功工業(yè)化。Tang[50]研究了利用雙螺桿擠出機生產(chǎn)高品質再生膠的工藝，采用雙螺桿擠出機引入某種氣載體帶走分解產(chǎn)物，達到凈化排氣的作用，且再生膠外觀好、氣味較小。Mouri等[51]用雙螺桿擠出機對EPDM進行再生，得到的脫硫EPDM外表均勻，溶膠分數(shù)較高，再生膠交聯(lián)密度下降明顯。

5 結語

多年的理論研究和生產(chǎn)實踐表明，常規(guī)螺桿擠壓機對熔體混合能力通常難以滿足高質量的混合要求，而動態(tài)混合器不但對于流體具有較強的剪切作用，且有分流、剝離配位、擠壓捏合等作用可以顯著提高熔體的混合質量，是一種理想的用于高黏流體混合的設備。動態(tài)混合器的內部流動與混合特性的研究是高效動態(tài)混合器的設計和優(yōu)化關鍵所在。計算流體力學方法為動態(tài)混合器的開發(fā)提供了新的思路和手段，通過研究設備中的流動和混合特性，考察傳遞強化機理，可為設備的開發(fā)和優(yōu)化提供量化分析的基礎。另一方面，利用粒子圖像測速等先進的流場測量技術研究動態(tài)混合器內流場特性，有助于準確分析動態(tài)混合器的幾何結構、操作條件和物料屬性等參數(shù)對物料的流動和混合過程的影響規(guī)律，也可以為相關數(shù)值模擬和驗證提供詳盡的基礎數(shù)據(jù)。實驗與數(shù)值模擬的優(yōu)缺點都比較明顯：實驗數(shù)據(jù)真實可靠，但數(shù)據(jù)不夠全面；數(shù)值模擬數(shù)據(jù)易于獲取且全面，但真實性需驗證。筆者以為針對動態(tài)混合器的設計與優(yōu)化，結合實驗與數(shù)值模擬可以提高現(xiàn)有研究水平，較好地解決設計過程中的問題。

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Research and application progress of dynamic mixers for polymer blending

HUANG Fenglei，LIU Miao，LI Zhipeng，CAI Ziqi，GAO Zhengming

（College of Chemical Engineering，Beijing University of Chemical Technology，Beijing 100029，China）

Dynamic mixers for polymer blending have the advantage of improving the mixing quality of the dispersed phase in the polymer. In this paper，the research progress of mixing theory which focused on dispersion mixing and distribution mixing was introduced. Dynamic mixers for polymer blending were divided into kettle mixer and screw extruder，and the structures of spherical cavity type，pin type and cavity transfer type dynamic mixers were introduced in detail. The research methods of the dynamic mixer were expounded from experimental methods and numerical simulation methods. Experimental methods were described from microscopic analysis technology with computer image processing technology，mechanical performance analysis technology and particle image velocimetry technology. On the other hand，the numerical simulation methods were expounded from the macroscopic and mesoscopic scales. The application of dynamic mixer in chemical industry，plastic industry and rubber industry was introduced.This paper pointed out that the combination of experiment methods and numerical simulation methods could improve the existing research level and solve the problems in the process of design and optimization.

polymer blending；mixing theory；dynamic mixer；computational fluid dynamics（CFD）

TQ320

A

1000–6613（2017）10–3549–09

10.16085/j.issn.1000-6613.2016-2212

2016-11-28；

2016-12-25。

國家重點研究開發(fā)計劃項目（2016YFB0302801）。

黃鳳磊（1993—），男，碩士研究生。E-mail：2015200113@mail.buct.edu.cn。

高正明，教授。E-mail：gaozm@mail.buct.edu.cn。