双转子挤出机优化设计及其对玻璃纤维增强聚丙烯复合材料纤维保留与力学性能的影响研究

本研究针对玻璃纤维增强热塑性复合材料加工过程中纤维易断裂、分散与保留难以平衡的行业难题，自主研发双转子挤出机（DRE），通过调控转子转速成功制备出纤维保留长度超过1.9 mm、拉伸强度达86.39 MPa的玻璃纤维/聚丙烯（PP/GF）复合材料，为高性能纤维增强复合材料加工提供了创新性解决方案。

　　

玻璃纤维增强热塑性复合材料（Glass Fiber-Reinforced Thermoplastic Composites）因其高比强度特性，在结构材料领域展现出巨大应用潜力。然而玻璃纤维（GF）固有的脆性使其在剪切力作用下极易断裂，现有加工设备难以兼顾纤维保留与分散效率。本研究详细阐述了自主研发的双转子挤出机（Double Rotor Extruder, DRE）的结构设计原理与加工机制，并以其制备了玻璃纤维增强聚丙烯（PP/GF，含30?wt%玻璃纤维）复合片材。实验结果表明：当转子转速为15?rpm时，复合材料拉伸强度最高达72.82?MPa；而当第二双转子单元转速提升至35?rpm时，拉伸强度显著提高至86.39?MPa。研究还发现DRE能最大限度减少纤维损伤，所有样本中纤维平均保留长度均超过1.9?mm。扫描电镜（SEM）图像显示纤维在基体中分布均匀，无显著团聚现象，证实了其优异的分散效果。该研究通过设备设计与工艺参数的协同优化，成功解决了纤维保留与混合效率之间的平衡问题，为提升纤维增强热塑性复合材料性能提供了新思路。