---Randcastle公司正在申请专利的分子均质器螺杆利用三向混合来改善性能和热均匀性，同时防止降解并提高密度。

Keith Luker又有了新动作。这位Randcastle Extrusion Systems公司的首席执行官持续推进其正在申请专利的分子均质器（MH）混合螺杆的开发工作，并忙于发布测试数据，证明通过更好的混合可以改善原生聚合物的性能。

Luker对MH的设计进行了改进，将混合段从螺杆中部移至计量段。Luker表示，在此前的版本中，MH在饥饿喂料挤出中效果最佳——类似于双螺杆挤出机——能够防止高压团聚。

由于Luker相信他的螺杆将在整个材料供应链中发挥作用——包括所有类型的挤出——将混合段移至计量段是合理的，因为这为MH用于在薄膜、片材和其他挤出应用中更为常见的溢流喂料场景铺平了道路。这也使得加工商能够在其螺杆设计中加入他们偏好的屏障段，因为屏障段通常位于螺杆中部。Luker透露，他正在与几家领先的单螺杆挤出机原始设备制造商进行讨论，这些制造商希望评估MH。

尽管业内普遍认为"单螺杆挤出已无改进空间"，但Luker在过去二十年里一直致力于其SFEM拉伸混合器的下一代研发。他解释说，MH在分子层面混合材料。"这种混合非常精细，以至于改变了聚合物的性能，"Luker解释道。"通过该螺杆加工的原生聚合物的物理性能得到了改善。我们观察到密度增加，且分子量没有损失。此前没有任何类型的挤出混合器能够改善原生聚合物的性能。"

此外，Luker还在聚碳酸酯（PC）和聚醚醚酮（PEEK）上测试了MH，并发现这些材料在挤出前无需干燥。"在未干燥的吸湿性聚合物（尼龙除外）中，没有气泡且表面光滑，"他说。"某些材料，如ABS、PC、PEEK和聚苯硫醚，不易发生水解降解。由于没有气泡或表面缺陷，这些材料无需干燥。节能效果表明投资回报周期非常短，仅为数月。流变性能也可以得到显著改善。"

工作原理：确定性拉伸

"许多传统混合器依赖剪切力，通过压缩力将物料推过狭窄间隙，在此过程中对聚合物进行强烈的机械作用，"Luker坚持认为。"相反，像双螺杆一样，MH利用拉伸。与双螺杆不同的是，整个流动物料被连续拉伸。每个元件都使混合效果倍增，有点像静态混合器。也像静态混合器一样，温度均匀性得到改善，平均温度降低以实现更快的冷却。这种混合如此精细，以至于改变了原生聚合物的性能。"

Luker解释说，一个单一的颗粒就包含了数量惊人、几乎难以想象的分子。他说，通过倍增效应——如同静态混合器——MH产生了大量的混合迭代来处理这些巨量分子。

MH螺杆（图1）可根据现有机器提供不同的长径比，通常具有六到十个节段以产生温和的分散混合力。据Luker称，该装置的每个混合元件都创建一个重复的混合序列。每个混合器平均使混合效果提高50倍以上，这相当于在螺杆中产生了超过100万亿次混合事件。

与剪切混合相比，Luker说拉伸混合通过分散应力集中点（缺陷）来均匀分布能量。他坚持认为，这避免了局部能量尖峰，并提高了材料的均匀性和分子连续性。

Luker也坚持其有争议的主张，即MH可以比双螺杆挤出机混合得更好。他说，双螺杆利用强烈的拉伸、高剪切和压缩研磨进行混合。用他的话说，这些机器本质上是"概率性"混合，意味着一些物料绕过捏合盘，而一些物料则被大量混合。他指出，MH计量段依赖于温和的拉伸、低剪切、多重性和多条发散路径，以"确定性"方式进行混合。"使用MH，所有物料都被拉伸，"Luker强调，"全部都得到混合比部分得到混合更好。"

测试揭示了什么

Luker和其他人在各种材料和配方上测试了MH，并得出结论，强效的分布混合从根本上改变了熔体结构，而不会引起降解。证据包括双向密度变化、氧化变色的抑制、化学脆弱聚合物中分子量的保持，以及未干燥吸湿性聚合物中无气泡等。

宾夕法尼亚理工学院对PETG进行的试验显示，与对照螺杆相比，使用MH螺杆运行的材料屈服伸长率提高了22.4%，冲击强度提高了17.9%（图2）。"聚合物存在缺陷，"Luker评论道。"分散原生聚合物中的缺陷团簇可改善结果。冲击是压缩性能的改善；伸长是拉伸性能的改善。MH提供的确定性混合分散了各种类型的缺陷。"

在线性低密度聚乙烯（LLDPE）试验中，材料分别使用传统螺杆和MH进行了两次加工和造粒。据Luker称，在第二次通过时，传统对照螺杆出现了灰色变色，表明发生了氧化降解，而MH加工的材料则没有。加工条件相同。第二次通过时差异明显（图3）。

"使用MH加工LLDPE时变色的抑制，部分原因可能归因于抗氧化剂组合分布的改善，"Luker指出。"虽然LLDPE在造粒前通常已与抗氧化剂进行共混，但这些添加剂并非分子级均匀，可能在氧化起始相关的尺度上呈不均匀分布。传统螺杆促进局部过热和停滞，导致抗氧化剂耗尽和早期氧化变色。"

"相比之下，MH的分布变形可能通过减少抗氧化剂贫乏区域并防止局部氧化失控，从而增强了抗氧化剂组合的有效性，"他说。

对于聚乳酸（PLA）——一种已知对热和水解降解敏感的生物聚合物——Luker报告称，对照螺杆导致分子量降低约5%，而MH则未观察到可测量的分子量变化。Luker表示，这些基于NatureWorks公司进行的测试结果表明，即使在传统上被认为易碎的聚合物中，MH也能实现强力混合而不降低分子量。"PLA中缺乏抗氧化剂保护进一步强调了这种拉伸混合机制，"Luker详细阐述道，"因为PLA在对照螺杆上出现分子量损失，但在MH中则没有。"

Luker无法确切解释这些结果。"我推测密度增加是因为分子排列更紧密，"他说。"我推测密度的增加将改变树脂公司的聚合物。"Luker确实认为，PLA密度的降低意味着产量的同等增加。

MH可能意味着什么

Luker认为，这些测试具有重要意义。例如，在吹塑薄膜应用中，他坚持认为MH可以实现：

· 更宽的加工窗口

· 提高对消费后回收料和粉碎回料的耐受性

· 减少对更高添加剂添加量的依赖

· 改善泡形稳定性

· 改善热均匀性

"由于该机制是结构性的而非依赖于停留时间，预计该效果能很好地扩展到直径大、产量高的吹塑薄膜生产线，"他补充道。