聚合物成型与加工工程教育部重点实验室代表性成果

这一成果是在国家自然科学基金重大科学仪器专项基金项目的支持下取得的。聚合物动态流变综合测试仪首次将振动力场引入挤出、混合、注射、吹塑等加工过程的模拟实验单元，采用先进的模块化组合结构。它实现了聚合物及其复合材料稳态和动态加工过程的模拟和广义流变测量与表征，包括动态塑化挤出、动态注射和动态混合。技术创新显著，包括多项拥有自主知识产权的专利技术，达到国际先进水平。它是世界上唯一功能齐全的仪器，可测试稳态和动态加工过程的流变性能，可广泛应用于材料流变性能测试、材料配方设计、成型工艺优化和产品质量控制。这一成果对研究新的聚合物成型技术和理论，开发新的设备，提高我国塑料制品生产和塑料加工设备的技术含量，提高我国塑料加工工业的整体科技水平具有重要意义。目前，在广东省经贸委的支持下，这一成果正在与国内大型企业合作进行产业化生产，并于今年上半年通过了技术鉴定。其产业化将提升我国塑料加工产业的创新能力，有效推动塑料加工和塑料机械产业的跨越式发展以及石化、汽车、家电、信息等产业的发展，具有广阔的应用前景和良好的社会经济效益。

2005年3月8日，该成果申请了中国发明专利:“聚合物动态注射流变特性和行为的检测方法及设备”、“注射机螺杆轴向脉动位移的方法及设备”、“多螺杆塑化混合挤出聚合物及其复合材料的方法及设备”，并分别于2007年5月和6月获得授权。在传统的螺杆往复注射成型工艺中，材料的熔融塑化主要靠外部热量和螺杆剪切热量的共同作用，熔融速率低，熔体粘度高，加热均匀性差，轴向温差大。最终的结果是成型过程能耗高，注射不稳定，产品质量难以提高。

本发明将电磁场引起的振动力场引入聚合物塑化、注射、保压成型的全过程，进行脉冲压力诱导注射成型加工。与现有技术相比，具有以下优点:设备体积和重量减少45-50%，制造成本降低40%以上；降低能耗35%以上；工作可靠性高，噪音降低到75分贝以下，油污少；塑化混合效果好，成型制造质量高，对材料适应性广。这项新技术已经被十一个国家和地区申请了专利，包括中国、美国、欧洲、日本、俄罗斯、澳大利亚、加拿大和韩国。该成果已成功产业化，新设备已在广东省增城、南海、东莞、揭阳、汕头、浙江、江苏等多家塑料制品厂投入运行，效果显著，受到用户好评。该成果于2002年被教育部提名为国家科技发明一等奖；2003年获中国专利发明创造优秀奖、广东省专利发明创造金奖、第十五届全国发明展金奖、2005年广东省科技进步二等奖。应用该成果核心技术开发的“脉动压力诱导塑料注射成型设备”和“高速高效一体化精密注射成型设备”分别于2005年2月和2005年2月通过了广东省新产品鉴定和技术鉴定。2006年，该成果与实验室前期完成的动态挤压技术一起获得国家科技进步二等奖。该成果由两部分组成:863项目“轨道交通减振用高性能复合弹性结构材料研究”(No.2001A334010)和国家十五科技攻关项目“橡胶/层状硅酸盐纳米复合材料产业化技术”(No.2001A12)。

结果的主要内容:

(1)炭黑和二氧化硅原位反应改性新技术及其在轨道交通减震用弹性体复合材料中的应用:采用多官能单体或有机物在干混橡胶硫化过程中或胶乳状态下进行原位反应改性，使其同时与橡胶发生化学结合，并与炭黑、二氧化硅等填料形成价键，从而显著提高界面结合力和橡胶复合材料的性能。该技术工艺简单，易于实施，应用广泛。应用于轨道交通阻尼用弹性体复合材料时，主要解决提高动态性能的问题，获得动态生热低、耐疲劳、永久变形小、动静刚度比适中的硫化橡胶弹性体复合材料，取得了优异的应用效果，产生了显著的经济效益。

(2)橡胶/蒙脱土纳米复合材料制备新技术及其在轨道交通减震用弹性复合材料中的应用:发明了原位反应插层法和乳液混合插层法两种橡胶/蒙脱土纳米复合材料制备新技术，制备的纳米复合材料硫化胶的力学性能、耐老化性能和耐疲劳性能显著提高。建立了年产200吨原位反应插层改性蒙脱土制备装置和1000吨原位插层橡胶/蒙脱土纳米复合材料示范生产线。该纳米复合材料应用于生产空气弹簧、旁承、球铰、轨道隔离阻尼器和V型弹簧等高性能弹性部件，具有优异的综合性能和显著的经济效益。这项成果的核心技术是通过在传统轮胎上复合浇注聚氨酯材料，生产出滚动阻力低、油耗低、废气排放少的子午线轮胎。浇注型聚氨酯弹性体是目前最耐磨的弹性体，而且对人体无害，完全生物降解，不添加炭黑和一些致癌的橡胶配合剂，是制造轮胎胎面的理想材料。由橡胶基体和聚氨酯胎面组成的复合轮胎，既保持了橡胶轮胎滚动阻力小、安全性和舒适性高的优点，又保持了聚氨酯弹性体特别耐磨、无污染的优点，同时还能消除一些胶料和橡胶粉尘对环境的污染。轮胎的性能也提高到了一个更高的水平，具有弹性好、耐磨、耐穿刺、承载能力大、骑行舒适等优点。其行驶里程比普通轮胎提高1倍以上，与传统轮胎相比，突出了环保、节能、新技术、新材料等诸多优势。

新技术还可应用于轮胎翻新行业，可大大提高我国轮胎翻新行业的技术水平，减少废旧轮胎数量，促进循环经济发展，将环境污染降低到一个新的水平，成为更高意义上的绿色轮胎。成品轮胎通过了国家橡胶轮胎质量监督检验中心、化工特种轮胎质量监督检验中心等权威机构的检验。

2005年6月5日至10月25日，该成果通过了中国石油和化学工业协会组织的技术鉴定。鉴定专家认为，该轮胎聚氨酯胎面与橡胶胎体的附着力达到国际领先水平，其研制成功具有重大创新意义和良好的经济社会效益前景。新技术已在中国获得两项发明专利，并在世界七大轮胎生产国申请专利保护。2005年6月，165438+10月，这种复合轮胎在美国国际汽车零部件展上展出，引起轰动。该成果基于国家863项目“物理领域增强制备聚合物/无机复合材料的新技术”的完成。聚合物多螺杆动态混合挤出机从塑化和混合挤出机理上突破了传统混合挤出设备的局限性，开创了在聚合物物料输送过程中引入振动力场强化物料塑化和混合效果的方法。该设备将振动力场引入高分子塑料、混合(反应)和排气挤出的全过程，克服了传统混合挤出设备难以提高产品质量、成型周期长、能量高等缺点，解决了反应过程中质量、动量和能量的传递与平衡问题。是国内外新型聚合物成型加工领域的重大创新，具有自主知识产权，具有重大理论价值，可替代传统同向双螺杆挤出机，促进传统混合挤出设备的升级换代。

2005年6月5438+10月，课题组研发的“EPDM/PP等热塑性弹性体动态硫化技术及设备”应用了该成果的核心技术，顺利通过了广州市科技局主持的成果鉴定。5438年6月至2005年10月，聚合物及其复合材料的多螺杆塑化混炼挤出方法及设备申请了中国发明专利，并于2007年6月获得授权。

该成果的技术水平处于世界领先地位，具有较强的市场竞争力。它的推广应用不仅能促进我国塑料加工业的发展，还能促进我国机械制造业和电子工业的发展。