计算机模拟aem 系列聚合物的挤出过程

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1、.计算机模拟AEM系列聚合物的挤出过程王进译，杨柳校（株洲时代新材料科技股份有限公司，412007）AEM系列聚合物（杜邦Vamac牌号系列乙烯-丙烯酸酯弹性体）商品化已经30多年了。硫化AEM聚合物具有均衡的各项性能，包括（参考文献1）：·耐热温度大于175℃；·良好的耐低温性能（-45℃）；·良好的耐传递液和燃油性能；·良好的阻尼性能；·低压缩永久变形性能；·优异的CSR检测特性；采用硫化AEM聚合物生产的部件在汽车领域得以应用，如：·涡轮增压器软管；·燃油管封盖；·传递液冷却器软管；·传递系

2、统密封和垫圈；·引擎系统密封与垫圈；·摇摆式减振器。多款AEM聚合物均为三元共聚物，由乙烯、甲基丙烯酸酯和可原位硫化的酸性单体聚合而成，硫化采用二元胺分两步完成，即先加压硫化，再进行一个相对更长时间的后硫化。某些AEM聚合物为二元共聚物，由乙烯和甲基丙烯酸酯共聚而成，这些二元共聚物通常采用过氧化物硫化，并不需要后硫化。软管挤出过程软管是AEM系列聚合物的重要产品，并通常采用挤出成型。一种典型的软管结构为AEM聚合物制成的内置软管配以玻纤增强层再外加AEM聚合物覆盖层。具有该结构的器件内管和外层均由

3、挤出制得。挤出机的设计和操作对于生产高质量软管是至关重要的。热塑性材料的挤出过程模拟挤出机广泛应用于生产各类产品，包括膜、软管、线、电缆及其它制品，大多数挤出机均用于生产热塑性产品而不是类似橡胶的热固性产品。当前挤出机技术的发展大多集中于热塑性产品领域。热塑性材料挤出工艺过程的计算机模拟已经有了一段时间并在不断改进中。模拟热塑性材料挤出工艺过程的优点在于其加工过程无须热塑性材料的硫化反应发生。热固性材料硫化过程中，体系黏度迅速增加，在该情况下如若挤出过程意外焦烧，黏度的增加将导致局部温度过高。温度

4、越高硫化速率越快进而导致黏度进一步增加。有硫化反应发生的挤出工艺过程模拟是相当困难的。热塑性材料的计算机模拟工艺过程需要输入如下信息：·挤出机的整体长度和直径；·螺杆的设计，--螺纹深度--螺纹间距--螺纹宽度研究.·材料的流变曲线（黏度与剪切速率）；--工艺过程中几个典型的不同温度值--挤出过程的典型剪切速率·材料的物理和热性能--密度--热焓--导热率·螺杆转速（rpm）·料筒温度曲线由于AEM系列聚合物包含硫化剂，属于非热塑性材料。而对于计算机模拟而言，所用材料均不含硫化剂，因此AEM系列聚

5、合物被视为热塑性，这是热塑性材料模拟过程一个基本假设。而实际AEM系列聚合物均含有硫化剂，其加工过程比不含硫化剂的体系更加困难。本研究所采用的计算机模型是Compuplast公司的Flow2000，该模型输出众多，包括：·生产速率·熔融温度曲线--沿螺杆长度方向的平均温度，--螺纹内的平均温度，·沿螺杆方向的压力曲线·能量输入与输出·停留时间流变学数据研究了两种不同AEM聚合物，各自的成分如表1所示。两种材料在100℃是的门尼黏度ML1+4都约为40MU。表1材料流变性能测试不含硫化剂含硫化剂AE

6、MG100100N550碳黑5050硬脂酸（释放）1.51.5磷酸烷基酯（释放）1.01.0十八基胺（释放）0.50.5受阻胺AO2.02.0HMDC硫化剂-1.5DOTG促进剂4.04.0总份量159160.5采用毛细管流变仪研究材料分别在80℃、100℃、120℃时黏度与剪切速率的关系（该流变仪长径比为30比1，长度为30mm，孔为1mm,样品测试之前预热6分钟）。AEM聚合物典型的挤出温度范围为60-90℃。该模型利用这些数据去假设材料在低温、高温以及低剪切速率和高剪切速率下的黏度，不含硫化

7、剂材料的流变学曲线如图1所示。含硫化剂材料的流变学曲线如图2所示。测试过程中，开始材料发生硫化，因此流变曲线是非平滑的。测试程序的起始和结束剪切速率都是50秒-1，所以，两个值应该非常接近—--除非材料开始硫化，含有硫化剂的材料的主要不同点在于其在最高温度120℃时检测出最高的黏度。这与热塑性材料黏度随温度升高而降低形成鲜明对比。研究.图1不含硫化剂的AEMG材料的黏度与剪切速率关系曲线纵坐标：黏度Pa·s横坐标：剪切速率s-1图2含硫化剂材料的黏度与剪切速率关系曲线纵坐标：黏度Pa·s横坐标：剪

8、切速率s-1注：与预测接近，黏度随温度的升高（由80℃提高到100℃）而下降。但是，随温度继续提高（由100℃提高到120℃），黏度反而提高，这是没有预测到的，可能是由于焦烧的原因。为便于对比，含有和不含有硫化剂材料在80℃和120℃时的黏度曲线如图3所示，在80℃时二者的流变学曲线是相同的，然而二者在120℃时的流变学曲线却有显著差异。毛细管流变仪在三个不同温度点的测试结果表明加工过程中避免温度过高的重要性，对于AEM聚合物而言，过高温度点为100℃。这些结果与该硫化体系配方材料