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  超大長徑比（＞100）可提高雙螺桿擠出機(jī)的剪切、分散、混合和輸送能力，特別在高分子鏈解繞方面具有優(yōu)勢。開發(fā)的長徑比136同向嚙合雙螺桿擠出機(jī)成功應(yīng)用于超高分子量聚乙烯（UHMWPE）凝膠紡絲，紡絲質(zhì)量得到顯著提升。

  雙螺桿擠出機(jī)被廣泛用于提供添加劑、填料和液體等不同成分的均勻混合，是食品、纖維素漿、高分子化合物、化合物和含能材料連續(xù)生產(chǎn)線的核心。擠壓是一個(gè)連續(xù)的過程，包括在螺桿/機(jī)筒系統(tǒng)內(nèi)成型或轉(zhuǎn)化材料，所涉及的機(jī)制包括傳動傳熱傳質(zhì)的過程。長徑比（L/D）是關(guān)系到產(chǎn)品質(zhì)量和擠壓過程中材料流變性能的一個(gè)非常重要的因素。增加L/D比可以容易地延長停留時(shí)間，從而提高產(chǎn)量、混合能力、模具壓力、熔融能力等，但也容易引起降解，影響塑料的塑化和擠出質(zhì)量。應(yīng)根據(jù)加工材料的物理性能和產(chǎn)品的質(zhì)量要求，充分利用增加的L/D比的優(yōu)勢。通過對Coperion、Leistritz、Krauss-Maffei等世界頂級擠出機(jī)供應(yīng)商的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，商用雙螺桿擠出機(jī)的L/D比大多為21?48。對于熱敏材料、顆粒材料和沒有高質(zhì)量要求的產(chǎn)品（如廢物回收和造粒）的加工，建議選擇較小的L/D比。從39到48的大L/D比更適合于需要更高溫度、壓力和產(chǎn)品質(zhì)量的材料。L/D比的增加通常是有限的，因?yàn)槁輻U軸將承受更大的扭矩。由于懸臂梁的結(jié)構(gòu)通常應(yīng)用于擠出機(jī)中，增加L/D比容易導(dǎo)致掃頻、異響、抖動、磨損等。超過100的L/D比可以定義為“超大長徑比”。超大L/D比對于許多領(lǐng)域是必要的，例如聚合物復(fù)合材料/納米復(fù)合材料的復(fù)合、紡絲和反應(yīng)擠出。由于缺乏具有超大L/D比的雙螺桿擠出機(jī)，人們在這些領(lǐng)域必須采用多個(gè)擠出循環(huán)。

  超高分子量聚乙烯（UHMWPE）纖維以其高強(qiáng)度、低密度、優(yōu)異的機(jī)械性能在軍事和工業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。生產(chǎn)超高分子量聚乙烯纖維的凝膠紡絲工藝于1979年開發(fā)。在紡絲過程中，將UHMWPE粉末在溶劑中的懸浮液送入擠出機(jī)進(jìn)行加熱和溶解，然后通過噴絲板紡絲。通過凝膠紡絲工藝可以有效地實(shí)現(xiàn)分子鏈解開的聚合物晶體，并生產(chǎn)出具有高韌性和高模量的纖維。纖維的理想結(jié)構(gòu)是大分子鏈完全延伸，只有細(xì)長的晶體存在。然而，實(shí)際的纖維結(jié)構(gòu)具有非晶區(qū)和折疊鏈，纖維張力集中在非晶區(qū)，導(dǎo)致實(shí)際強(qiáng)度和理論強(qiáng)度之間存在很大差異。減少分子鏈的糾纏是實(shí)現(xiàn)更好的加工性和更高的模量的關(guān)鍵。UHMWPE纖維的研究活動主要集中在材料配方、擠出工藝和后處理工藝。然而，對用于UHMWPE凝膠紡絲的機(jī)器或設(shè)備的研究很少。

  雙螺桿擠出機(jī)具有良好的展開能力，是凝膠紡絲工藝的主要設(shè)備。鑒于超大L/D比在改善分子鏈解纏結(jié)方面的優(yōu)勢，本文研究了使用超大L/D比雙螺桿擠出機(jī)進(jìn)行凝膠紡絲的可行性。新型支撐元件使雙螺桿擠出機(jī)的L/D比增加到136成為可能。成功制備了超高分子量聚乙烯凝膠纖維。通過拉伸試驗(yàn)、廣角X射線衍射（WAXD）、差示掃描量熱法（DSC）和掃描電子顯微鏡（SEM）對纖維樣品進(jìn)行了表征。研究了溶液濃度、料筒溫度和螺桿轉(zhuǎn)速對超高分子量聚乙烯凝膠纖維的停留時(shí)間、拉伸性能、熱性能和表觀形態(tài)的影響。將L/D比為36的雙螺桿擠出機(jī)也用于制備UHMWPE凝膠纖維進(jìn)行比較。廣泛分析了長徑比對產(chǎn)品質(zhì)量和擠出特性的影響。

  以上研究成果以《Gel-spinning of ultra-high molecular weight polyethylene by a twin-screw extruder with an ultra-large length-to-diameter ratio》為題在聚合物加工領(lǐng)域權(quán)威期刊Polymer Engineering and Science（DOI: 10.1002/pen.26143）上發(fā)表。該論文第一作者和通訊作者為北京化工大學(xué)王建教授。