叶轮配置与搅拌速度调控木质素分散及湿法混炼天然橡胶复合材料的最终性能:一项CFD实验研究
发布时间:2026-09-27 | 来源:MDPI Polymers | 作者:Zhenhua Liu, Xianzheng Liu, Yueyue Yu, Siyao Jiang, Liansong Wang, Yunfeng Qi, Huimin Lv, Lihua Jian
碱木质素是一种储量丰富的可再生生物聚合物,既能补强天然橡胶(NR),又能保护其免受热氧老化,但其强极性会导致自聚集并在NR基体中分散不良。湿法混炼在混炼前将木质素预分散于水相中,相对于干法混炼被广泛用于改善木质素的分散性;然而,最终决定分散状态的初始胶乳-木质素混合阶段却很少受到系统关注。本文针对碱木质素(AL)/天然
碱木质素是一种储量丰富的可再生生物聚合物,既能补强天然橡胶(NR),又能保护其免受热氧老化,但其强极性会导致自聚集并在NR基体中分散不良。湿法混炼在混炼前将木质素预分散于水相中,相对于干法混炼被广泛用于改善木质素的分散性;然而,最终决定分散状态的初始胶乳-木质素混合阶段却很少受到系统关注。本文针对碱木质素(AL)/天然胶乳(NRL)湿法混合体系建立了欧拉-欧拉双流体CFD模型,并对比了四种叶轮构型(单级和两级直叶及45°斜叶叶轮)在400–800 rpm搅拌转速下的表现。模拟结果表明,分散均匀性与宏观轴向循环、湍流脉动分布及循环结构开放度的协同匹配有关。两级45°斜叶叶轮在所有转速下均实现了最佳分散,而两级直叶叶轮的木质素分散效果劣于其单级对应构型,因为流动区域的分隔阻碍了颗粒的轴向交换。分散效果随转速单调改善,从400 rpm到600 rpm迅速提升,并在600至800 rpm之间呈现明显平台。Payne效应、微观结构、硫化、力学及热氧老化表征均重现了模型预测的分散性排序。这些结果阐明了初始混合阶段在AL/NRL湿法加工中的作用,并为叶轮选型和工艺参数优化提供了依据。
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