聚合物成型加工工程教育部重点实验室

2000年8月底教育部审批成立的重点实验室

华南理工大学聚合物成型加工工程教育部重点实验室是2000年8月底经教育部审批新成立的我国唯一的有关聚合物成型加工工程的重点实验室。

实验室介绍

实验室的基本任务是：创造良好的科学研究条件与学术环境，吸引和聚集国内外优秀学者，在高分子材料科学与工程的前沿领域开展高水平的应用基础研究，为聚合物成型加工技术进步和高新技术发展提供理论和技术装备，积极参加国家重大科技问题的研究和攻关，研究开发具有自主知识产权的聚合物成型加工技术和装备；在开展高水平的研究中，培养造就高层次的专业人才；把实验室建设成面向国内外开放的、代表我国聚合物成型加工研究先进水平的科学研究基地和人才培养基地，为我国聚合物工业做出贡献，为成为国家重点实验室创造条件。

实验室研究方向明确，在聚合物成型加工工程领域形成自己鲜明的特色，拥有一支朝气蓬勃、结构合理的高水平科研队伍，承担国家重要科研任务，取得一批创新性的科研成果，在高层次人才培养方面取得显著成绩，开展了卓有成效的对外交流与合作。实验室建设以来在科学研究、人才培养、对外交流与合作、实验室建设与管理方面皆取得了显著进展。

研究方向

聚合物成型加工新技术及理论

聚合物电磁动态塑化挤出、混炼、注射过程及理论

高性能橡胶、粉末橡胶及高强高模纤维的制备与成型加工技术

橡胶、塑料混炼理论与智能控制

聚合物加工过程中高分子物理化学

高分子材料凝聚态结构及性能对不同加工物理场的响应

物理场作用下聚合物复杂流体的流变过程和高分子物理问题

高分子及其复合材料在物理场强化成型加工过程中的力化学

聚合物动态成型加工理论与装备

这一方向是实验室研究的特色，重点研究内容体现在以下几个方面：

（1）聚合物动态挤出理论及其在塑料动态挤出设备中的应用研究

（2）聚合物动态混炼理论及其在塑料动态混炼机中的应用研究

（3）聚合物动态注射理论及其在塑料动态注射中的应用研究

（4）其它聚合物动态成型加工过程理论及其应用研究

高分子材料加工过程动力学

高分子材料加工过程动力学研究是聚合物成型加工应用基础理论研究的重要方面。重点研究内容有以下几个方面：

（1）高分子材料成型加工过程中非线性现象实验研究

（2）高分子材料成型加工中非线性现象模拟和仿真研究

（3）高分子材料成型加工过程中的非线性动力学理论研究

（4）非线性动力学理论在聚合物成型新技术新装备智能化研究中的应用

聚合物加工过程中高分子物理化学

在聚合物成型加工过程中从材料和制品角度出发，探讨和研究加工过程参数对高分子材料结构与性能的影响和作用规律，重点研究内容有以下几方面：

（1）高分子材料聚集态结构对不同外力场的响应研究

（2）聚合物复杂流体在加工过程中的高分子物理问题研究

（3）高分子材料在加工过程中的力化学过程研究

聚合物反应加工技术及理论

聚合物反应加工技术已广泛应用于加聚反应、缩聚反应、接枝共聚反应、控制聚合物分子量及分子量分布等方面，我国反应加工技术的研究和开发尚处于起步阶段，国内的反应成型加工设备主要依赖进口。因此有必要进行以下几个方面的研究工作：

振动力场作用聚合物动态反应加工过程反应机理研究

聚合物振动力场强化反应加工技术与装备的研究与开发

高性能与功能高分子的反应性成型加工技术

高性能橡胶、粉末橡胶及高强高模纤维

高性能橡胶轮胎研究

聚合物纳米复合材料的成型加工技术

橡胶粘弹阻尼器材料的研制与成型加工技术

聚合物合金的研制与成型加工技术

功能高分子材料的成型加工技术

高强高模及功能纤维的研制与纺丝

粉末橡胶（生胶）的研制与成型加工技术

废旧高分子材料的粉末成型加工新技术

橡胶、塑料混炼理论与智能控制

研究橡胶、塑料或橡塑并用材料在成型加工过程中的混炼、混合机理，探讨加工过程参数对混炼状态的影响规律，研究在线控制混炼过程的智能控制理论与方法，重点研究内容有如下几个方面：

（1）橡胶、塑料混炼过程研究及混炼效果理论表征

（2）多相多组分体系在混炼过程中的相分离研究

（3）橡胶、塑料混炼过程智能控制研究

代表性成果

聚合物动态流变理论及综合测试仪器设备

本项成果是在国家自然科学基金重大科学仪器专项基金项目的支持下完成取得的，聚合物动态流变综合测试仪首次将振动力场引入到挤出、混炼、注射、吹塑等加工过程模拟实验单元中，采用先进的模块组合结构形式，实现对聚合物及其复合材料的稳态与动态加工过程包括动态塑化挤出、动态注射、动态混炼过程进行模拟及广义流变测量与表征，技术创新性显著，包含有多项自主知识产权的专利技术，达到国际先进水平，是世界上唯一一套功能齐全、面向橡塑材料加工行业，能够进行稳态与动态加工过程流变性能测试的仪器，可广泛用于材料流变性能测试、材料配方设计、成型工艺优化以及产品质量控制等。该项成果对我国聚合物新型成型技术与理论研究、新装备的开发，提高我国塑料制品生产和塑料加工设备的技术含量，提高我国塑料加工工业整体科学技术水平具有重要意义。该成果正在广东省经贸委的支持下，与国内大型企业合作进行产业化开发与生产，并且于上半年通过了技术鉴定，其产业化将可以增强我国塑料加工行业的创新能力，有力促进塑料加工和塑料机械产业再一次的跨越式发展和石化、汽车、家电、信息等产业的发展，具有广阔的应用前景和良好的社会经济效益。

本项成果已于2005年3月8日申请了中国发明专利：“聚合物动态注射注变特性与行为检测方法及设备”、“注射机螺杆轴向脉动位移方法及装置”、“聚合物及其复合材料多螺杆塑化混炼挤出方法及设备”，并分别于2007年5月和6月获得授权。

塑料动态注射成型理论及技术

传统螺杆往复式注射成型过程物料主要是依靠外加热和螺杆剪切热的共同作用进行熔融、塑化，熔化速率低，熔体粘度大，物料受热均匀性差，轴向温差较大，最终结果是成型过程能耗大，注射不稳定，制品质量提高困难。

脉动压力诱导注射成型方法及设备通过将电磁场引起的振动力场引入到聚合物塑化、注射与保压成型全过程中，进行脉动压力诱导注射成型加工。与现有技术相比具有如下优点：设备体积重量减少45-50%，制造成本降低40%以上;能耗降低35%以上;工作可靠性高，噪音降低至75分贝以下，油污染少;塑化混炼效果好，成型制造质量高，对物料的适应性广。新技术已获得中国、美国、欧洲、日本、俄罗斯、澳大利亚、加拿大和韩国等十一个国家和地区的发明专利权。该项成果已成功实现产业化，新设备在广东省内的增城、南海、东莞、揭阳、汕头以及浙江、江苏等多家塑料制品厂进行生产运行，效果显著，得到了用户的高度评价。本项成果于2002年获教育部提名国家科学技术奖技术发明一等奖；2003年获中国专利发明创造优秀奖、广东省专利发明创造金奖, 2005年获第十五届全国发明展览会金奖、广东省科技进步二等奖。应用本项成果核心技术研究开发的 “脉动压力诱导塑料制品注射成型设备” 和“高速高效集成化精密注塑成型设备”分别于 2005年2月、12月通过了广东省新产品鉴定与技术鉴定。2006年本项成果与实验室前期完成的动态挤出技术一起获得了国家科学技术进步二等奖。

纳米复合新技术在轨道交通减震材料中的应用

本成果由863项目“轨道交通减振用高性能复合弹性结构材料的研究”（编号2001AA334010）和国家十五科技攻关项目“橡胶/层状硅酸盐纳米复合材料的产业化技术”（编号2001BA310A12）两部分组成，由株洲时代新材料股份有限公司、华南理工大学和北京化工大学共同完成，2004－2005年通过国家有关部门验收。

成果的主要内容：

（1）炭黑、白炭黑的原位反应改性新技术及其在轨道交通减震用弹性体复合材料中的应用：采用多官能团单体或有机物，在干胶混炼和硫化过程中或在胶乳状态进行原位反应改性，使其同时与橡胶产生接枝等化学结合并与炭黑、白炭黑等填料形成共价键结合，从而显著提高界面结合力和橡胶复合材料的性能。该技术工艺简单，实施容易，适用面广，应用于轨道交通减震用弹性体复合材料，重点解决了提高动态使用性能的问题，获得了动态生热低、耐疲劳、永久变形小、动静刚度比适中的硫化橡胶弹性体复合材料，取得了优异的应用效果，产生了显著的经济效益。

（2）橡胶/蒙脱土纳米复合材料制备新技术及其在轨道交通减震用弹性体复合材料中的应用：发明了原位反应插层法和乳液混合插层法两种橡胶/蒙脱土纳米复合材料制备新技术，所制备的纳米复合材料硫化胶的力学性能、耐老化性能、耐疲劳性能等显著提高，建立了年产200吨原位反应插层法改性蒙脱土制备装置和千吨级原位插层法橡胶/蒙脱土纳米复合材料的示范生产线，将该纳米复合材料应用于空气弹簧、旁承、球铰、轨道隔离减振器、V型弹簧等高性能弹性元件产品的生产，综合性能优异，产生了显著的经济效益。

橡胶复合成型理论及新型绿色轮胎产业化

本项成果的核心技术是用浇注型聚氨酯材料复合在传统轮胎上生产滚动阻力小，因而耗油低、废气排放少的子午线轮胎。浇注型聚氨酯弹性体是最耐磨的弹性体，并且对人体无毒害，又能完全生物降解，还不必添加炭黑和一些有致癌作用的橡胶配合剂，是制造轮胎胎面的理想材料。将橡胶胎体与聚氨酯胎面组成复合轮胎，既能保持橡胶轮胎滚动阻力小，安全性、舒适性高的优点，又保持聚氨酯弹性体特别耐磨和无污染的优点，同时能消除部分橡胶配合剂及橡胶粉尘对环境的污染。轮胎的性能也提高了一个档次，具有弹性好、耐磨、耐刺穿、承载能力大、乘坐舒适等优点，其行驶里程比普通轮胎提高1倍以上，与传统轮胎比，凸现了环保、节能、新工艺、新材料等多方面的优势。

新该技术同样可应用到轮胎翻新工业上，可大大提高我国翻胎工业的技术水平，减少废旧轮胎的产生数量，促进循环经济的发展，对环境污染降到新的水平，成为更高意义上的绿色轮胎。成品轮胎已通过了国家橡胶轮胎质量监督检验中心、化学工业特种轮胎质量监督检验中心等权威机构的检测。

2005年1月25日该项成果通过了中国石油和化学工业协会组织的技术鉴定，鉴定专家认为：该轮胎的聚氨酯胎面和橡胶胎体的粘合性能达到了国际领先水平，其研制成功具有重大创新意义和良好的经济效益和社会效益前景。新技术已获得了2项中国发明专利，申请了世界上7个主要轮胎生产国的专利保护。2005年11月，这种复合轮胎参展美国国际汽车零件展览会并引起轰动。

复合材料动态塑化混炼挤出理论及技术装备

本项成果是在完成国家863项目“聚合物/无机物复合材料物理场强化制备新技术”的基础上经过进一步深入研究取得的。聚合物多螺杆动态混炼挤出机从塑化混炼挤出机理上突破传统混合混炼挤出设备的局限性，创造了一种在聚合物物料输送过程中引入振动力场以强化物料塑化混炼效果的方法。该设备将振动力场引入聚合物塑料、混炼（反应）、排气挤出全过程,克服了传统混炼挤出设备提高制品质量困难，制品成型周期长，能量高等缺陷，解决了反应加工过程中的质量、动量、能量传递及平衡问题，是国内外聚合物新型成型加工领域的重大创新，具有自主知识产权，既具有重大的理论价值，又可替代传统同向双螺杆挤出机，促使传统混炼挤出设备更新换代。

2005年1月课题组应用本项成果核心技术研制开发的“EPDM/PP等热塑性弹性体动态硫化技术与设备”，顺利通过了广州市科技局主持的成果鉴定。2005年1月聚合物及其复合材料多螺杆塑化混炼挤出方法及设备申请了中国发明专利，2007年6月获得授权。

本项成果的技术水平处于国际领先，具有很强的市场竞争力，其推广应用不仅可以促进我国塑料加工工业的发展，而且将带动我国机械制造业、电子工业的发展。

学术专家

学术带头人

瞿金平教授

贾德民教授

周南桥教授

王炼石教授

黄汉雄教授

罗远芳教授

张海教授

赵耀明教授