传统的聚合物加工主要依靠基于剪切流场的螺杆设备实现,而螺杆式塑化输运方法普遍存在能耗高、物料适应性差等缺点。相关研究表明,材料在拉伸流场中能够更高效地塑化混合。华南理工大学的瞿金平教授创新设计了基于拉伸流场的偏心转子挤出机,设备能够实现聚合物材料的高效塑化与熔融共混。本课题将拉伸流场理论作为指导,对工业应用的偏心转子挤出机进行模型化设计,研发聚合物塑化输运模型化实验设备。设备的成功研制有利于探究不同材料在拉伸流场中的塑化输运过程,推进偏心转子挤出设备的系列化生产进程。本文论述了偏心转子设备基于拉伸流场加工方法与传统螺杆设备基于剪切流场加工方法的不同;简述了目前应用相对较多的聚合物拉伸流场加工设备;介绍了自行研制的塑化输运模型化实验设备的结构及工作原理;建立了偏心转子轴外形的参数方程;分析了转子受力与结构参数、相邻塑化单元压差的数学联系;利用该设备对低密度聚乙烯(LDPE)进行塑化实验,观察并研究了材料塑化输运的形变过程与混合效果。此外,为了探究多相共混物在塑化输运模型化实验设备中的混合分散效果,本文测试了低密度聚乙烯/聚苯乙烯(LDPE/PS)不相容共混体系经历不同等效塑化单元后的材料性能。实验中利用扫描电镜(SEM)对材料的微观形态变迁过程进行观察;利用差式扫描量热法(DSC)测试材料的结晶性能变化;利用动态旋转流测试(DRM)对材料进行动态力学性能表征,结果表明:(1)经历较短的热历程与少数的体积压缩-释放作用后,LDPE/PS共混物能够实现初步的混合分散。(2)经过15个等效塑化单元后,PS分散相粒径达到临界分散尺寸。在分散过程中,分散相PS先沿挤出方向取向,形成大长径比的纤维形态。随后纤维被逐渐拉长、断裂,最终形成分散的小颗粒。(3)PS达到临界分散尺寸时,材料的弹性模量、损耗模量及复数粘度与直接挤出的样品相比均有所增大。材料达到临界分散尺寸后,等效塑化单元数量的增加无法进一步细化PS,反而使两相界面结合效果劣化。最后,本文结合实验结果分析及以往研究,提出了拉伸流场中不相容共混物因为体积压缩-释放效应而产生的“固体压轧、熔体分散”聚合物塑化输运、熔融混合模型。本文的研究成果对于拉伸流场在聚合加工行业的应用以及偏心转子挤出设备的改善设计与应用推广提供了重要的理论实验依据和设备基础。