共混用動(dòng)態(tài)混合器的研究與應(yīng)用進(jìn)展

黃鳳磊，劉淼，李志鵬，蔡子琦，高正明

共混用動(dòng)態(tài)混合器的研究與應(yīng)用進(jìn)展

黃鳳磊，劉淼，李志鵬，蔡子琦，高正明

（北京化工大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院，北京 100029）

動(dòng)態(tài)混合器具有提高聚合物共混過(guò)程中分散相混合質(zhì)量的優(yōu)點(diǎn)。本文從混合理論出發(fā)，重點(diǎn)介紹了分散和分布混合理論的研究進(jìn)展。對(duì)共混用動(dòng)態(tài)混合器進(jìn)行了分類(lèi)與整理，簡(jiǎn)述了釜式攪拌器與螺桿擠出機(jī)類(lèi)動(dòng)態(tài)混合器，并詳細(xì)介紹了銷(xiāo)釘式、球窩式和空穴傳遞式動(dòng)態(tài)混合器的原理與結(jié)構(gòu)。從實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬兩個(gè)方面闡述了動(dòng)態(tài)混合器的研究方法，實(shí)驗(yàn)研究主要包括計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)與顯微分析技術(shù)、力學(xué)性能分析技術(shù)和粒子圖像測(cè)速技術(shù)，數(shù)值模擬研究方法方面則從宏觀(guān)和介觀(guān)兩種尺度進(jìn)行了簡(jiǎn)要的介紹。最后介紹了共混用動(dòng)態(tài)混合器在化纖、塑料、橡膠等多個(gè)工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用，指出實(shí)驗(yàn)與數(shù)值模擬相結(jié)合的方法有助于提高現(xiàn)有研究水平，解決動(dòng)態(tài)混合器設(shè)計(jì)與優(yōu)化過(guò)程中的難題。

聚合物共混；混合理論；動(dòng)態(tài)混合器；計(jì)算流體力學(xué)

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(shí)現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)，并廣泛運(yùn)用于化纖、塑料、橡膠等多個(gè)行業(yè)。隨著生活水平和環(huán)境保護(hù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的逐漸提高，人們對(duì)于聚合物產(chǎn)品質(zhì)量和功能的要求越來(lái)越高，如高端化纖制品需具備多個(gè)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(xiàn)和抗電磁等。聚合物的功能性需通過(guò)改性的方式實(shí)現(xiàn)，主要可以分為化學(xué)改性和物理改性?xún)煞N。共混法是物理改性的一種重要方法之一，指的是通過(guò)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(jiǎn)便、成本相對(duì)低廉的優(yōu)點(diǎn)。因此，開(kāi)發(fā)高效的聚合物共混設(shè)備，有利于降低過(guò)程能耗、提高產(chǎn)品性能和競(jìng)爭(zhēng)力。本文從混合理論出發(fā)，介紹了高黏聚合物共混設(shè)備的研究及應(yīng)用進(jìn)展，以期為新型高效聚合物共混設(shè)備的研究提供參考。

1 混合理論

混合均勻程度是用來(lái)評(píng)價(jià)混合器混合質(zhì)量的一項(xiàng)重要的指標(biāo)。在共混所使用的混合器中，混合有兩種基本類(lèi)型：分布混合和分散混合。不通過(guò)改變顆粒尺度或相界面而增加體系均勻性的混合稱(chēng)為分布混合；反之，則為分散混合?；谝陨蟽煞N基本類(lèi)型，動(dòng)態(tài)混合器中的混合遵循以下兩個(gè)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(guān)運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的分布混合效應(yīng)。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(yīng)力和變形作用下將團(tuán)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(jì)和時(shí)間平均效率[3]等，而后者的表征量有分散準(zhǔn)數(shù)[4]、剪切速率[5]、加權(quán)平均總應(yīng)變[6]等。

1.1 分散混合過(guò)程的研究進(jìn)展

1.1.1 粉體團(tuán)聚物的分散

在聚合物的混煉過(guò)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(guò)實(shí)驗(yàn)觀(guān)察到粉體團(tuán)聚物在剪切流場(chǎng)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(tuán)聚物在較大的剪切力作用下，在較短時(shí)間內(nèi)沿某一截面破裂，形成的碎片相對(duì)較大。侵蝕破碎則是團(tuán)聚物在較小的剪切力下，粒子從表面逐漸剝離下來(lái)，侵蝕下來(lái)的碎片相對(duì)破裂破碎的碎片較小。在其所研究的分散過(guò)程中破裂破碎起關(guān)鍵作用。

Manas-Zloczower等[8]通過(guò)研究建立了簡(jiǎn)單剪切流場(chǎng)中團(tuán)聚體分散過(guò)程的混煉模型，提出粉體團(tuán)聚物的破碎過(guò)程取決于一個(gè)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(guò)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(chǎng)中的剪切應(yīng)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(guò)程中，依次形成具有一定條紋厚度的片狀結(jié)構(gòu)、網(wǎng)洞結(jié)構(gòu)、絲狀或液柱結(jié)構(gòu)。由于流場(chǎng)作用，液滴發(fā)生波動(dòng)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(shí)更容易碰撞而發(fā)生集聚，分散與集聚同時(shí)發(fā)生，達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)分散相的尺寸為液滴的最終尺寸。Elmendorp等[12]對(duì)簡(jiǎn)單剪切流場(chǎng)和單軸拉伸流場(chǎng)中的分散相聚合物熔體液滴的破裂過(guò)程進(jìn)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(xì)管數(shù)的影響，此理論不僅適用于牛頓體系的剪切流場(chǎng)，同樣適用于拉伸流場(chǎng)。CHEN等[13]發(fā)現(xiàn)拉伸應(yīng)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(guò)程的研究進(jìn)展

分布混合過(guò)程作為分散相在連續(xù)相中的重新分布和取向過(guò)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(méi)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(guò)程，常用相界面面積來(lái)表征。李樹(shù)等[14]提出用兩組分的界面面積的變化和混合條紋厚度來(lái)評(píng)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(zhì)量和混合過(guò)程：每當(dāng)流體混合物流經(jīng)組成混合器的某個(gè)混合元件時(shí)，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(lái)評(píng)價(jià)混合器的分布混合能力，同時(shí)提出了分流數(shù)計(jì)算方法和公式。蔣金云等[16]在此基礎(chǔ)進(jìn)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(jìn)行了對(duì)比。

2 動(dòng)態(tài)混合器的形式

為了實(shí)現(xiàn)共混過(guò)程中輔料在主料中的均勻分散，多種混合設(shè)備應(yīng)運(yùn)而生，根據(jù)設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)和混合方式可主要分為靜態(tài)混合器和動(dòng)態(tài)混合器。靜態(tài)混合器是20世紀(jì)70年代初發(fā)展起來(lái)的一種混合設(shè)備，其中無(wú)運(yùn)動(dòng)元件，主要依靠流體自身的能量并結(jié)合靜止元件的結(jié)構(gòu)改變流體在管內(nèi)的流動(dòng)狀態(tài)，此時(shí)流體被多次分割、旋轉(zhuǎn)、復(fù)合，并最終實(shí)現(xiàn)均勻混合，但其剪切能力較弱且相對(duì)不易調(diào)節(jié)。發(fā)達(dá)國(guó)家的靜態(tài)混合器起步較早，20世紀(jì)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(guó)對(duì)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(hào)，本質(zhì)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(dòng)態(tài)混合器是依靠機(jī)械動(dòng)力元件使流體系統(tǒng)發(fā)生強(qiáng)制流動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)物料混合均勻的效果，常見(jiàn)的形式有釜式攪拌器和螺桿擠出機(jī)。

2.1 釜式攪拌器

黏度較高的流體具有較大的內(nèi)摩擦力，在攪拌時(shí)需要較大的機(jī)械能使流體內(nèi)部分子間發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，因此通常需要較大功率的電機(jī)驅(qū)動(dòng)，常見(jiàn)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(jié)構(gòu)不易發(fā)生變形，且由于其直徑較大，可刮掉反應(yīng)釜壁上粘著的物料，提升導(dǎo)熱能力，適用于對(duì)黏度低于100Pa·s的流體進(jìn)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(gè)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(shí)能不斷刮掉粘于釜壁的沉積物料，且流體在釜內(nèi)總體呈軸向循環(huán)，沿釜內(nèi)壁不斷螺旋上升，再沿?cái)嚢栎S向下排出。

圖1 攪拌器

這一類(lèi)設(shè)備主要是在層流下將分散相團(tuán)聚物多次剪切而達(dá)到均勻分散，當(dāng)物料黏度超過(guò)100Pa·s因效率低便不再適用。

2.2 螺桿擠出機(jī)

螺桿擠出機(jī)是另一種常用的動(dòng)態(tài)混合器，主要依靠物料與機(jī)筒、螺桿摩擦力與剪切力使得兩種或多種共混組分實(shí)現(xiàn)均一混合。如圖2所示，傳統(tǒng)的三段式螺桿擠出機(jī)根據(jù)物料的狀態(tài)變化分為進(jìn)料段、壓縮段和計(jì)量段，在這三段中，進(jìn)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(dòng)；壓縮段的作用是靠著螺桿對(duì)原料的剪切摩擦熱將固體塑料融化；計(jì)量段主要是促進(jìn)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(jī)的混合能力有限，為了提高擠出機(jī)的混合分散能力，學(xué)者們研制了諸多可直連在螺桿上或單獨(dú)設(shè)置的動(dòng)態(tài)混合元件，這一類(lèi)螺桿擠出機(jī)統(tǒng)稱(chēng)為非三段式（功能加強(qiáng)型）螺桿。根據(jù)設(shè)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(lái)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(dāng)流體經(jīng)過(guò)次分流后，其新產(chǎn)生的流體股數(shù)則達(dá)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(xiāo)釘螺桿指的是在普通螺桿計(jì)量段的一定位置上設(shè)置一些銷(xiāo)釘，目的在于提高混合效果。當(dāng)物料被迫通過(guò)銷(xiāo)釘之間且同時(shí)又受螺桿旋轉(zhuǎn)作用時(shí)，分散相在流動(dòng)過(guò)程中不斷被分劈和變形；此外，物料之間和物料與銷(xiāo)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(xiāo)釘螺桿的混合效果和銷(xiāo)釘?shù)呐挪挤绞接泻艽箨P(guān)系，通常分為平行排列和交錯(cuò)排列式。根據(jù)銷(xiāo)釘?shù)膸缀涡问接挚煞譃閳A形銷(xiāo)釘和菱形銷(xiāo)釘。作為傳統(tǒng)的銷(xiāo)釘螺桿的改進(jìn)，嚙合銷(xiāo)釘使得銷(xiāo)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(jìn)一步增強(qiáng)了銷(xiāo)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(shí)實(shí)現(xiàn)分布和分散混合的混煉元件。常見(jiàn)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(dòng)態(tài)混合器 球窩式動(dòng)態(tài)混合器適用于黏度高達(dá)103Pa·s的多種物料的均勻混合。其不但對(duì)流體具有很強(qiáng)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(diǎn)。趙式英等[24]對(duì)球窩式動(dòng)態(tài)混合器的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了詳細(xì)的分析和探討，結(jié)構(gòu)如圖3所示，主要由混合頭、混合套和機(jī)筒3部分組成?；旌项^與螺桿頭部采用螺紋連接，球窩式動(dòng)態(tài)混合器機(jī)筒與螺桿擠出機(jī)機(jī)筒使用法蘭連接，為了便于對(duì)中和密封采用斷面相接的形式，從而使動(dòng)態(tài)混合器與擠出機(jī)聯(lián)為一體。在混合頭的圓柱體部分和混合套內(nèi)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(cuò)/2長(zhǎng)度。影響該類(lèi)型動(dòng)態(tài)混合器的結(jié)構(gòu)參數(shù)主要有球窩直徑、動(dòng)態(tài)混合器長(zhǎng)度及軸向和周向的球穴個(gè)數(shù)，若其他結(jié)構(gòu)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(dòng)態(tài)混合器長(zhǎng)度的增加可使混合效果提高[25]。

圖3 球窩式動(dòng)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(fù)的剪切與翻轉(zhuǎn)作用實(shí)現(xiàn)混合的動(dòng)態(tài)混合器，由一個(gè)柱狀的轉(zhuǎn)子和一個(gè)筒狀的定子兩部分組成[26]。定子一剖為二，如圖4所示，在轉(zhuǎn)子的外表面和定子的內(nèi)表面上都分別有規(guī)律地排布半球狀的空穴。不僅要轉(zhuǎn)子和定子各自空穴本身相間交錯(cuò)排列，而且須使定、轉(zhuǎn)子上的空穴在裝配后亦能相間交錯(cuò)排布。區(qū)別于球窩式動(dòng)態(tài)混合器，空穴傳遞動(dòng)態(tài)混合器上空穴的結(jié)構(gòu)和排列方式使得轉(zhuǎn)模在旋轉(zhuǎn)時(shí)，任一個(gè)空穴能同時(shí)與3個(gè)相對(duì)的空穴相互交錯(cuò)重疊，且半球狀空穴邊緣須加工成流線(xiàn)型，以避免死角存在而出現(xiàn)滯流。

圖4 空穴傳遞動(dòng)態(tài)混合器[25]

3 動(dòng)態(tài)混合器的研究方法

在動(dòng)態(tài)混合器的研究中，現(xiàn)有的混合理論能夠指導(dǎo)混合器的初步設(shè)計(jì)，但若需要準(zhǔn)確獲取高效動(dòng)態(tài)混合器中共混物的分散性甚至定量評(píng)價(jià)混合的混合性能，則必須借助相應(yīng)的技術(shù)方法和手段。

3.1 實(shí)驗(yàn)方法

（1）計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)與顯微分析技 術(shù) 通過(guò)顯微成像技術(shù)獲得的圖像和計(jì)算機(jī)圖像分析處理軟件相結(jié)合可以對(duì)共混物的分散性進(jìn)行定量表征。常用的顯微成像設(shè)備有光學(xué)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(shù)研究了硬聚氯乙烯熔體與碳酸鈣共混擠出過(guò)程，利用動(dòng)態(tài)混合器得到的產(chǎn)品較未使用動(dòng)態(tài)混合器的產(chǎn)品混合更加均勻。SUSAN等[28]利用場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡對(duì)于使用動(dòng)態(tài)混合器將有機(jī)納米黏土分散于乙烯-乙烯醇共聚物中的混合物進(jìn)行表征，發(fā)現(xiàn)有機(jī)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(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)和顯微分析技術(shù)相結(jié)合對(duì)動(dòng)態(tài)混合器的混合效果進(jìn)行評(píng)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(dòng)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(shù)在高效動(dòng)態(tài)混合器中制備了聚丙烯/炭黑薄膜，利用光學(xué)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(jié)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(jié)果表明炭黑粒子在膜中分散良好、分布均勻。通過(guò)圖像分析將定性的信息轉(zhuǎn)換成定量信息，且建立了炭黑在聚合物中分散性的評(píng)價(jià)體系。

（2）力學(xué)性能分析技術(shù) 力學(xué)性能是一種間接評(píng)價(jià)分散度的方法。斷裂伸長(zhǎng)、拉伸彈性模量、動(dòng)態(tài)力學(xué)性能、注塑或模壓樣品的沖擊強(qiáng)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(duì)其力學(xué)性能的影響，證實(shí)分散性差時(shí)，力學(xué)性能會(huì)變差。不過(guò)該評(píng)價(jià)方法有以下不足之處：①需準(zhǔn)備大量樣品進(jìn)行重復(fù)性試驗(yàn)，且制備條件須完全一致；②僅依靠表觀(guān)性能推斷微觀(guān)結(jié)構(gòu)，無(wú)法獲取粒徑分布的詳細(xì)信息。

（3）粒子圖像測(cè)速技術(shù) 粒子圖像測(cè)速技術(shù)（particle image velocimetry，PIV）作為一種非接觸式光學(xué)測(cè)量手段，可以得到非定常流場(chǎng)的瞬時(shí)整場(chǎng)信息，且具有不干擾流場(chǎng)、測(cè)量精度高、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、分辨率高等優(yōu)點(diǎn)[33]。利用PIV技術(shù)可以獲得動(dòng)態(tài)混合器內(nèi)部流場(chǎng)的分布狀態(tài)，為新型動(dòng)態(tài)混合器的開(kāi)發(fā)研究提供實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。LEHWALD等[34]利用粒子圖像測(cè)速技術(shù)和平面激光誘導(dǎo)熒光技術(shù)（planar laser induced fluorescence）對(duì)SMX型靜態(tài)混合器中層流狀態(tài)下水的混合特性與流動(dòng)特性進(jìn)行了研究,混合器結(jié)構(gòu)以及速度場(chǎng)如圖5所示。RODRíGUEZ-GONZáLEZ等[35]利用粒子圖像測(cè)速技術(shù)研究了不同剪切速率下高密度聚乙烯/黏土納米復(fù)合材料螺桿擠出過(guò)程的流動(dòng)特性。在所有的剪切速率下，發(fā)現(xiàn)有機(jī)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(dòng)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(shè)計(jì)及優(yōu)化動(dòng)態(tài)混合器的必要前提。基于傳統(tǒng)工程經(jīng)驗(yàn)或?qū)嶒?yàn)的方法來(lái)設(shè)計(jì)動(dòng)態(tài)混合器具有工作量大、周期長(zhǎng)、較多參數(shù)難以獲取等短處。同時(shí)，由于動(dòng)態(tài)混合器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，其中激光難以到達(dá)部位的流場(chǎng)結(jié)構(gòu)很難通過(guò)PIV實(shí)驗(yàn)獲得，所以近年來(lái)，計(jì)算流體力學(xué)（computational fluid dynamics，CFD）方法開(kāi)始在混合器的設(shè)計(jì)、優(yōu)化和工程放大中得到更多的關(guān)注和應(yīng)用。

（1）宏觀(guān)尺度的數(shù)值模擬 宏觀(guān)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(duì)于空穴傳遞混合器內(nèi)流動(dòng)特性進(jìn)行了模擬研究。模擬計(jì)算使用冪律模型來(lái)表征流體的流變行為，在忽略轉(zhuǎn)子和定子之間的間隙下，研究了具有6×4球窩的轉(zhuǎn)子與定子腔體內(nèi)的壓力與剪切應(yīng)力的分布場(chǎng)。研究發(fā)現(xiàn)剪切應(yīng)力的峰值出現(xiàn)在轉(zhuǎn)子腔與定子腔體的過(guò)渡區(qū)域。轉(zhuǎn)速和軸向壓力差會(huì)影響混合器內(nèi)剪切應(yīng)力的水平。Raza等[37]基于雷諾方程建立了動(dòng)態(tài)混合器中與時(shí)間相關(guān)的二維截面上流動(dòng)過(guò)程的數(shù)學(xué)模型，并利用有限差分法進(jìn)行求解流場(chǎng)中的壓力和速度分布。結(jié)果表明，壓力分布隨著轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)而成周期性變化，當(dāng)轉(zhuǎn)子與定子的腔體對(duì)準(zhǔn)時(shí)壓力分布非常均勻，僅有一個(gè)較小的軸向壓力梯度；當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，腔體相對(duì)位置發(fā)生偏移，壓力分布場(chǎng)會(huì)有非常明顯的變形。而在速度場(chǎng)方面，則首先求解出二維平面上的與方向的速度場(chǎng)，再利用連續(xù)性方程計(jì)算出方向上的速度分布，進(jìn)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(jì)算流體力學(xué)軟件Fluent模擬了球窩式動(dòng)態(tài)混合器內(nèi)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(dòng)的特點(diǎn)。轉(zhuǎn)子球窩中熔體的流速小于套筒中的流速，當(dāng)流體從轉(zhuǎn)子的球窩流向套筒中時(shí)，會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的剪切作用，從而促進(jìn)混合。

圖6 速度分布

（2）介觀(guān)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(yùn)動(dòng)理論為基礎(chǔ)發(fā)展起來(lái)的一種新的介觀(guān)尺度下的模擬方法，由于其模擬尺度小、邊界處理相對(duì)容易和內(nèi)在的并行性等多個(gè)優(yōu)點(diǎn)，其已廣泛地應(yīng)用于流體流動(dòng)問(wèn)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(dòng)簡(jiǎn)化為理想平板拖動(dòng)腔剪切流模型來(lái)處理，模擬了高黏流體層流狀態(tài)的流場(chǎng)，模擬結(jié)果如圖7所示，并將模擬結(jié)果與理論和有限差分法得到的結(jié)果相比，發(fā)現(xiàn)LBM模擬不會(huì)在流場(chǎng)的底部角落形成小循環(huán)，與理論結(jié)果更加吻合，結(jié)果更加精確。在之前研究的基礎(chǔ)上，Buick[40]利用冪律模型描述流體流變特性，對(duì)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(chǎng)進(jìn)行了模擬和對(duì)比研究，發(fā)現(xiàn)流體的非牛頓性對(duì)流場(chǎng)影響較大，進(jìn)行數(shù)值模擬時(shí)需考慮流體的非牛頓特性。

圖7 螺槽橫截面牛頓流體流場(chǎng)分布

4 動(dòng)態(tài)混合器的應(yīng)用

4.1 化纖行業(yè)

在化纖行業(yè)，高效動(dòng)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(guó)Barmag公司[41-42]使用動(dòng)態(tài)混合器進(jìn)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(méi)有出現(xiàn)添加劑的凝聚現(xiàn)象，該公司還將動(dòng)態(tài)混合器用于生產(chǎn)符合車(chē)用紡織品要求的紡前灰色聚酯。浙江新鳳鳴集團(tuán)[38]利用管道添加和基于球窩式動(dòng)態(tài)混合器的動(dòng)態(tài)混合技術(shù)生產(chǎn)出了267dtex/288f細(xì)旦竹炭滌綸POY，產(chǎn)品的綜合物理性能非常好，可以滿(mǎn)足后加工要求。姜兆輝等[30]基于動(dòng)態(tài)混合器的熔體直紡在線(xiàn)添加技術(shù)制備了抗紫外線(xiàn)PET纖維，且與切片紡抗紫外線(xiàn)纖維相比，熔體直紡抗紫外POY纖維斷裂強(qiáng)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(wú)機(jī)粒子分散更加均勻、性能更優(yōu)，抗紫外效果已經(jīng)遠(yuǎn)高于紫外線(xiàn)防護(hù)用品需滿(mǎn)足的UPF＞40標(biāo)準(zhǔn)。

4.2 塑料行業(yè)

在塑料行業(yè)，動(dòng)態(tài)混合器主要應(yīng)用于A(yíng)BS塑料共混脫揮、制備PVC熱敏性樹(shù)脂、木塑復(fù)合材料、界面縮聚合成碳酸聚酯、可降解聚合物生產(chǎn)等領(lǐng)域。

由W.P公司設(shè)計(jì)的動(dòng)態(tài)混合器排氣口插件廣泛應(yīng)用于改性塑料行業(yè)中[43-44]，其最大特點(diǎn)是可以根據(jù)不同的物料要求更換插件以適應(yīng)加工性，適用于含揮發(fā)性組分較多的物料，如苯乙烯類(lèi)、聚碳酸酯類(lèi)或溶劑脫揮等，還可用于尼龍（PA）、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯（PET）等彈性物料加工。德國(guó)Chemische Werke Huels公司于20世紀(jì)50年代發(fā)明行星齒輪型動(dòng)態(tài)混合器，并成功應(yīng)用于生產(chǎn)PVC的壓延機(jī)上，還可以加工回收料，降低成本，該類(lèi)設(shè)備已在合成熱敏性塑料中得到廣泛的應(yīng)用[45]。浙江華泰塑膠股份有限公司采用動(dòng)態(tài)混合器代替?zhèn)鹘y(tǒng)工藝線(xiàn)上的密煉機(jī)進(jìn)行預(yù)塑煉，采用動(dòng)態(tài)混合器后每條生產(chǎn)線(xiàn)每年電力消耗量降低了43%，并且省去了原密煉機(jī)每年耗用的密封潤(rùn)滑油，有效降低了生產(chǎn)成本[46]。德國(guó)Battenfel公司開(kāi)發(fā)了塑木材料加工用動(dòng)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(guó)昆侖工程公司開(kāi)發(fā)了一種用于擠出發(fā)泡高效生產(chǎn)聚乳酸（PLA）的動(dòng)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(dòng)態(tài)混合器在橡膠行業(yè)應(yīng)用也十分廣泛，主要在橡膠膠料混煉、動(dòng)態(tài)硫化、連續(xù)脫硫等領(lǐng)域。

美國(guó)孟山都公司生產(chǎn)的Santoprene采用GESSLER和FISHER等提出的動(dòng)態(tài)硫化（dynamic vulcanization）工藝，使用高溫開(kāi)煉機(jī)制備EPDM/PP熱塑性彈性材料，該項(xiàng)技術(shù)經(jīng)過(guò)CORAN的進(jìn)一步研究，改進(jìn)共混設(shè)備，將高溫開(kāi)煉機(jī)改為密煉機(jī)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(jī)生產(chǎn)高品質(zhì)再生膠的工藝，采用雙螺桿擠出機(jī)引入某種氣載體帶走分解產(chǎn)物，達(dá)到凈化排氣的作用，且再生膠外觀(guān)好、氣味較小。Mouri等[51]用雙螺桿擠出機(jī)對(duì)EPDM進(jìn)行再生，得到的脫硫EPDM外表均勻，溶膠分?jǐn)?shù)較高，再生膠交聯(lián)密度下降明顯。

5 結(jié)語(yǔ)

多年的理論研究和生產(chǎn)實(shí)踐表明，常規(guī)螺桿擠壓機(jī)對(duì)熔體混合能力通常難以滿(mǎn)足高質(zhì)量的混合要求，而動(dòng)態(tài)混合器不但對(duì)于流體具有較強(qiáng)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(zhì)量，是一種理想的用于高黏流體混合的設(shè)備。動(dòng)態(tài)混合器的內(nèi)部流動(dòng)與混合特性的研究是高效動(dòng)態(tài)混合器的設(shè)計(jì)和優(yōu)化關(guān)鍵所在。計(jì)算流體力學(xué)方法為動(dòng)態(tài)混合器的開(kāi)發(fā)提供了新的思路和手段，通過(guò)研究設(shè)備中的流動(dòng)和混合特性，考察傳遞強(qiáng)化機(jī)理，可為設(shè)備的開(kāi)發(fā)和優(yōu)化提供量化分析的基礎(chǔ)。另一方面，利用粒子圖像測(cè)速等先進(jìn)的流場(chǎng)測(cè)量技術(shù)研究動(dòng)態(tài)混合器內(nèi)流場(chǎng)特性，有助于準(zhǔn)確分析動(dòng)態(tài)混合器的幾何結(jié)構(gòu)、操作條件和物料屬性等參數(shù)對(duì)物料的流動(dòng)和混合過(guò)程的影響規(guī)律，也可以為相關(guān)數(shù)值模擬和驗(yàn)證提供詳盡的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。實(shí)驗(yàn)與數(shù)值模擬的優(yōu)缺點(diǎn)都比較明顯：實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)真實(shí)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(shí)性需驗(yàn)證。筆者以為針對(duì)動(dòng)態(tài)混合器的設(shè)計(jì)與優(yōu)化，結(jié)合實(shí)驗(yàn)與數(shù)值模擬可以提高現(xiàn)有研究水平，較好地解決設(shè)計(jì)過(guò)程中的問(wèn)題。

[1] 姜兆輝，付鵬，金劍，等. 基于TEM圖像的炭黑在聚合物基體中分散性的定量表征[J].材料工程，2011（10）：72-77.

JIANG Z H，F(xiàn)U P，JIN J，et al. Quantitative characterization dispersion of carbon black particles in polymeric matrix based on TEM images[J]. Journal of Materials Engineering，2011（10）：72-77.

[2] Danckwerts P V. The definition and measurement of some characteristics of mixtures[J]. Flow，Turbulence and Combustion，1952，3（4）：268-287.

[3] Chakravarthy V S，Ottino J M. Mixing of two viscous fluids in a rectangular cavity[J]. Chemical Engineering Science，1996，51（14）：3613-3622.

[4] 喻慧文，徐百平，何亮，等. 非對(duì)稱(chēng)同向雙螺桿端面造型對(duì)混合行為影響數(shù)值模擬[J]. 化工學(xué)報(bào)，2012，63（5）：1622-1629.

YU H W，XU B P，HE L，et al. Numerical simulation of effect of different cross-section geometries on mixing performance of novel-rotating non-twin screws[J]. CIESC Journal，2012，63（5）：1622-1629.

[5] 張甲敏，連照勛，王雪靜，等. 剪切速率對(duì)PA 6/PP共混物微觀(guān)結(jié)構(gòu)的影響[J]. 合成樹(shù)脂及塑料，2009，26（2）：62-65.

ZHANG J M，LIAN Z X，WANG X J，et al. Impact of shear rate on microstructure of PA 6/PP blends[J]. Synthetic Resin and Plastics，2009，26（2）：62-65.

[6] 楊立忠. 螺桿擠壓機(jī)混合能力的分析[J]. 合成技術(shù)及應(yīng)用，2002，17（3）：58-60.

YANG L Z. Analysis on mixing capability of screw extruder[J]. Synthetic Technology and Application，2002，17（3）：58-60.

[7] Shiga S，F(xiàn)uruta M. Processability of EPR in an internal mixer (II)–morphological changes of carbon black agglomerates during mixing[J]. Rubber Chemistry & Technology，1985，58（1）：1-22.

[8] Manas-Zloczower I，F(xiàn)eke D L. Analysis of agglomerate rupture in linear flow fields[J]. International Polymer Processing Journal of the Polymer Processing Society，1989，4（1）：3-8.

[9] 莊金雨，安瑛，譚晶，等. 固體粉末在聚合物基體中分散混合的數(shù)值模擬研究[J]. 橡膠工業(yè)，2015，62（8）：464-468.

ZHUANG J Y，AN Y，TAN J，et al. Numerical simulation on filler dispersion in polymer matrix[J]. China Rubber Industry，2015，62（8）：464-468.

[10] Potente H，Kretschmer K，F(xiàn)lecke J. A physical- mathematical model for the dispersion process in continuous mixers[J]. Polymer Engineering & Science，2002，42（1）：19-32.

[11] Xie L，Li P，Ma Y，et al. A representation method for describing a deagglomerating process in continuous mixer[J]. Polymer Composites，2012，33（4）：476-483.

[12] Elmendorp J J. A study on polymer blending microrheology[J]. Polymer Engineering & Science，1986，26（6）：418-426.

[13] Chen X，Xu J，Guo B. Development of dispersed phase size and its dependence on processing parameters[J]. Journal of Applied Polymer Science，2006，102（4）：3201-3211.

[14] 李樹(shù)，揣成智，劉鳳芝. 注射機(jī)中腔穴傳遞式混合器的結(jié)構(gòu)與混合機(jī)理[J]. 上海塑料，2005（2）：32-35.

LI S，CHUAI C Z，LIU F Z. Structure and mixing mechanism of cavity transfer mixer in injection moulding machine[J]. Shanghai Plastics，2005（2）：32-35.

[15] 郭英. 聚合物熔體在銷(xiāo)釘混合型螺桿中的分流數(shù)計(jì)算[J]. 北京服裝學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），1993，13（1）：47-50.

GUO Y. Calculation of the number of the striations of polymer melt for pin mixing screw[J]. Journal of Beijing Institute of Clothing Technology（Science and Technology），1993，13（1）：47-50.

[16] 蔣金云，孔令熙，李健，等. 凹槽型高效動(dòng)態(tài)混合器分流數(shù)混合效果評(píng)價(jià)[J]. 塑料，2014，43（3）：100-102.

JIANG J Y，KONG L X，LI J，et al. Assessment of groove type dynamic mixer with high efficiency by number of striations[J]. Plastics，2014，43（3）：100-102.

[17] 吳雨，張力鈞，宋忠俊. 靜態(tài)混合器在石油化工中的應(yīng)用[J]. 天然氣與石油，2014，32（3）：23-26.

WU Y，ZHANG L J，SONG Z J. Application of static mixer in petrochemical industry[J]. Natural Gas and Oil，2014，32（3）：23-26.

[18] 駱培成，程易，汪展文，等. 液-液快速混合設(shè)備研究進(jìn)展[J]. 化工進(jìn)展，2005，24（12）：1319-1326.

LUO P C，CHENG Y，WANG Z W，et al. Research progress of liquid-liquid fast mixing equipment[J]. Chemical Industry and Engineering Progress，2005，24（12）：1319-1326.

[19] 馬小欣. 攪拌不同粘度溶液的攪拌器選擇[J]. 中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品，2016（7）：63-63.

MA X X. Stirring the agitator with different viscosity solutions[J]. Journal of China's New Technology and New Products，2016（7）：63-63.

[20] 林祥，任冬云，王奎升. 基于拉伸破碎原理的單螺桿拉伸混煉元件的研究[J]. 中國(guó)塑料，2011（12）：90-94.

LIN X，REN D Y，WANG K S. Investigation of extensional flow mixer for single-screw extruder based on extensional disagglomeration[J]. China Plastics，2011（12）：90-94.

[21] 黃元昌. 單螺桿擠出機(jī)混煉效果[J]. 橡塑技術(shù)與裝備，2014（6）：37-39.

HUANG Y C. Mixing effect of single-screw extruder[J]. China Rubber/Plastics Technology and Equipment，2014（6）：37-39.

[22] 李曉翠，彭炯，陳晉南. 銷(xiāo)釘單螺桿混煉段分布混合性能的數(shù)值研究[J]. 中國(guó)塑料，2010（2）：109-112.

LI X C，PENG J，CHEN J N. Numerical study on distributive mixing performance of mixing section of pin single-screw extruders[J]. China Plastics，2010（2）：109-112.

[23] 柳天磊，王建鴻，杜遙雪. 注塑機(jī)螺桿混煉元件混煉性能對(duì)比研究[J]. 工程塑料應(yīng)用，2013（4）：51-54.

LIU T L，WANG J H，DU Y X. Comparative study on plasticizing properties of screw mixing units for injection machine[J]. Engineering Plastics Application，2013（4）：51-54.

[24] 趙式英，王寶靈. 球窩型動(dòng)態(tài)混合器結(jié)構(gòu)和機(jī)理的研究[J]. 合成纖維工業(yè)，1991（5）：26-31.

ZHAO S Y，WANG B L. Research of the structure and mechanism of spherical cavity type dynamic mixer[J]. Synthetic Fiber Industry，1991（5）：26-31.

[25] 姜兆輝，金劍，肖長(zhǎng)發(fā). 熔體直紡在線(xiàn)添加制備差別化聚酯纖維研究進(jìn)展[J]. 高分子通報(bào)，2011（5）：10-16.

JIANG Z H，JIN J，XIAO C F. The progress in preparation of differential polyester fiber by directly melt spinning[J]. Chinese Polymer Bulletin，2011（5）：10-16.

[26] 李樹(shù)，揣成智. 空穴傳遞混合器的結(jié)構(gòu)原理與應(yīng)用[J]. 天津科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2006，21（3）：31-33.

LI S，CHUAI C Z. Structure mechanism and application of cavity transfer mixer[J]. Journal of Tianjin University of Science & Technology，2006，21（3）：31-33.

[27] 揣成智，EDWARDS M F. 腔穴傳遞式混合器的工作原理和特性[J]. 塑料，1993（6）：16-19.

CHUAI C Z，EDWARDS M F. Operating characteristic and principle of cavity transfer mixer[J]. Plastics，1993（6）：16-19.

[28] Susan J，F(xiàn)ocke W W. Poly(ethylene-vinyl-vinyl acetate)/clay nanocomposites: mechanical，morphology，and thermal behavior[J]. Polymer Composites，2011，32（2）：252-258.

[29] 許正軍，陳瑞琪. 應(yīng)用圖像處理技術(shù)評(píng)定聚合物混合效果的研究[J]. 東華大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，1998（1）：88-90.

XU Z J，CHEN R Q. Study on mixed effect analysis of polymeric mixture by means of image processing technology[J]. Journal of Donghua University（Science and Technology），1998（1）：88-90.

[30] 姜兆輝，金劍，肖長(zhǎng)發(fā)，等. 高均一性聚丙烯/炭黑薄膜的制備及炭黑分散性的定量表征[J]. 分析測(cè)試學(xué)報(bào)，2011，30（3）：330-335.

JIANG Z H，JIN J，XIAO C F. et al. Preparation of high homogeneity polypropylene/carbon black films and quantitative characterization on carbon black dispersion[J]. Journal of Instrumental Analysis，2011，30（3）：330-335.

[31] 姜兆輝，金劍，肖長(zhǎng)發(fā)，等. 炭黑母粒分散性的定量表征[J]. 紡織學(xué)報(bào)，2011，32（11）：17-22.

JIANG Z H，JIN J，XIAO C F. et al. Quantitative characterization of dispersion of carbon black masterbatch[J]. Journal of Textile Research，2011，32（11）：17-22.

[32] 易慶鋒，趙智源，姜蘇俊，等. 球形氧化鋁在填充PA10T中的分散性研究及其對(duì)材料性能的影響[J]. 塑料工業(yè)，2015，43（8）：112-114.

YI Q F，ZHAO Z Y，JIANG S J，et al. Study on the dispersion of spherical alumina filled in PA10T and the effect to properties of composites[J]. China Plastics Industry，2015，43（8）：112-114.

[33] DEEN N G. Two-phase PIV bubbly flows: status and trend[J]. Experiments in Fluids，2002，25（1）：97-101.

[34] Lehwald A，Janiga G，Thévenin D，et al. Simultaneous investigation of macro- and micro-mixing in a static mixer[J]. Chemical Engineering Science，2012，79（37）：8-18.

[35] Rodríguez-González F，Pérez-González J，Vargas L D，et al. Rheo-PIV analysis of the slip flow of a metallocene linear low-density polyethylene melt[J]. Rheologica Acta，2009，49（2）：145-154.

[36] Wang C，Ica M. Flow field analysis of a cavity transfer mixer[J]. Polymer Engineering & Science，1994，34（15）：1224-1230.

[37] Raza A H，Lai-Fook R A，Lawrence C J，et al. Theoretical and experimental characterization of emulsion flow in a cavity transfer mixer[C]//ASME/JSME 2003，Joint Fluids Summer Engineering Conference. 2003：2391-2398.

[38] Jiang Z，Guo Z，Jia Z，et al. Mixing mechanism and evaluation of the dispersion effect of a 3D dynamic mixer[J]. Journal of Testing & Evaluation，2016，44（1）：367-375

[39] Buick J M，Cosgrove J A. Numerical simulation of the flow field in the mixing section of a screw extruder by the lattice Boltzmann model[J]. Chemical Engineering Science，2006，61（10）：3323-3326.

[40] Buick J M. Lattice Boltzmann simulation of power-law fluid flow in the mixing section of a single-screw extruder[J]. Chemical Engineering Science，2009，64（1）：52-58.

[41] Dickmeiβ F，Alexander J，楊鋮. 現(xiàn)代紡絲設(shè)備中的添加劑注入和混合[J]. 國(guó)際紡織導(dǎo)報(bào)，2014，42（2）：16-22.

Dickmeiβ F，Alexander J，YANG C. Additive injection and mixing in modern spinning equipment[J]. Melliand China，2014，42（2）：16-22.

[42] Dickmeiβ F，鄒海霞. 顏料注射-合成纖維的紡前染色[J]. 國(guó)際紡織導(dǎo)報(bào)，2002（1）：32-37.

Dickmeiβ F，ZHOU H X. Color injection-mass-dyeing of synthetic fibers[J]. Melliand China，2002（1）：32-37.

[43] 崔利，莊耀中，姚敏剛，等. 267 dtex/288 f竹炭滌綸預(yù)取向絲的生產(chǎn)開(kāi)發(fā)[J]. 合成纖維，2015，44（6）：19-21.

CUI L，ZHUANG Y Z，YAO M G，et al. Development of 267 dtex/288 f bamboo charcoal polyester pre-oriented yarn[J]. Synthetic Fiber in China，2015，44（6）：19-21.

[44] 張志強(qiáng)，王大中，葉南飚. 雙螺桿擠出機(jī)的排氣原理及在改性ABS中的應(yīng)用[J]. 塑料工業(yè)，2013，41（12）：39-43.

ZHANG Z Q，WANG D Z，YE N B. The exhaust principle of twin-screw extruder and application in modified ABS[J]. China Plastics Industry，2013，41（12）：39-43.

[45] 賈朝陽(yáng)，張小瑩，梁曉剛. 同向雙螺桿擠出機(jī)在聚合物脫揮中的應(yīng)用研究[J]. 中國(guó)塑料，2012，26（8）：107-110.

JIA C Y，ZHANG X Y，LIAO X G. Application of-rotating twin-screw extruder in devolatilization of polymer[J]. China Plastics，2012，26（8）：107-110.

[46] 徐能，金志明，薛平. 行星擠出機(jī)的研究與應(yīng)用進(jìn)展[J]. 塑料工業(yè)，2011，39（9）：9-10.

XU N，JIN Z M，XUE P. Research and application progress of planetary extruder[J]. China Plastics Industry，2011，39（9）： 9-10.

[47] 尤作虎，郝恩全，宋云鶴. 行星擠出機(jī)在PVC壓延薄膜生產(chǎn)線(xiàn)上的應(yīng)用[J]. 現(xiàn)代塑料加工應(yīng)用，2006，18（1）：26-27.

YOU Z H，HAO E Q，SONG Y H. Application of planetany extruder to production line of PVC calendering films[J]. Modern Plastics Processing and Applications，2006，18（1）：26-27.

[48] 劉晶，薛平，金志明. 行星螺桿擠出機(jī)的發(fā)展[J]. 中國(guó)塑料，2013，27（3）：1-5.

LIU J，XUE P，JIN Z M. Development of planetary roller extruders[J]. China Plastics，2013，27（3）：1-5.

[49] 張婧婧，黃耿群. 雙螺桿擠出制備低密度聚乳酸微孔泡沫塑料[J]. 塑料，2015，44（3）：4-6.

ZHANG J J，HUANG G Q. Preparation of low density microcellular pla foams through twin-screw extrusion[J]. Plastics，2015，44（3）：4-6.

[50] Tang Y. Recycled rubber processing and performance enhancement：US6590042 B1[P]. 2003-07-08.

[51] Mouri M，Usuki A，Murase A，et al. Method of manufacturing devulcanized rubber using high temperature and shearing pressure：US6133413 A[P]. 2000-10-17.

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(guó)家重點(diǎn)研究開(kāi)發(fā)計(jì)劃項(xiàng)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。