Ludovic-填充型高分子复合材料挤出案例演示

填充型高分子复合材料是实现聚合物低成本化、功能化（如导热、阻燃）的重要途径。通过填充大量无机或有机填料，此类复合材料能够显著提升刚性、尺寸稳定性并赋予其特殊功能性，广泛应用于汽车、电子及环保产业等行业。然而，实现高填充复合材料的加工**挑战性：随着填充量的剧增，熔体粘度呈指数级增长导致流动性急剧恶化，同时填料易团聚分散困难，且配合高硬度填料对挤出设备造成严重磨损。另外在填料过程中会带入大量空气，可能会导致冒料、物料输送不稳定等问题。因此，如何在保证填料均匀分散的前提下实现稳定挤出，保证产品质量，是此类材料挤出过程中的难点。

Ludovic作为一款专业的同向啮合双螺杆挤出全工艺仿真软件，通过一维快速仿真技术为工艺优化提供了强大途径。该软件允许用户自由构建螺杆构型、调整螺纹元件排布，并结合DOE实验设计功能，可快速虚拟筛选数千种工艺参数组合来优化生产条件。Ludovic能够预测沿螺杆方向的填充率、温度分布、压力变化及剪切速率等关键参数。Ludovic内置Maron &Pierce模型和Kriegher-Dougherty模型，可以考虑高浓度悬浮体系的流动行为，模拟高填充物料的挤出过程。针对高填充物料常出现的“排气口冒料”难题，可通过捕捉局部压力与填充率过高的节点，指导调整喂料量或排气口位置加以解决。Ludovic可实现挤出过程的预测与控制，不仅大幅降低了物理试错成本和研发周期，更为高填充复合材料从配方设计到工业化放大生产提供参考。

下面通过一个案例演示填充型高分子复合材料挤出过程仿真。

案例简介

PPH和滑石粉共混挤出，材料分开进料，在双螺杆挤出机中将PPH熔融后与滑石粉混合挤出。

实际挤出机采用LEISTRITZ   ZSE18型号双螺杆挤出机。

仿真过程

挤出机模型：

材料：

• 滑石粉

  
  

• PPH+滑石粉作为配方

  

• PPH+滑石粉混合物粘度计算-Kriegher-Dougherty模型

  

• 模型参数确定：V max = 0.74、B = 1.5

  

工艺条件：

转速：400rpm。

机筒温度：**段40℃，其它机筒200℃。

仿真结果

工况一

60% PPH+40% talc，总喂料量：6 kg/h，转速：800 rpm。

工况三

60% PPH+40% talc，总喂料量：12 kg/h，转速：400 rpm。

结论

1、Ludovic的模拟结果和实验结果相差不大，且模拟结果与实验结果的趋势一致，表明Ludovic可以很好的模拟PPH+滑石粉的共混挤出过程。

2、工况一、二中，加入滑石粉后材料的填充率在5%左右，低填充率有利于将加入滑石粉时带入的大量空气排出。

3、从工况一、二、三的模拟结果可以看出，在添加滑石粉后，材料的温度急剧下降。

4、对比工况一和工况二的模拟结果，总喂料量不变时，滑石粉占比增加，导致从滑石粉加入口到机头的温升增大；同时，由于PPH喂料量减少，滑石粉加入口上游的熔体温度略有降低。

5、工况三的模拟结果表明，在12 kg/h, 400 rpm的工艺条件下，加入滑石粉后，材料温度下降到170℃，材料在此处有局部凝固结块的风险；相比于工况一和二，熔融段的螺杆结构改变后，此处的材料温度大幅度下降，表明材料在此处塑化更困难。