三螺桿動(dòng)態(tài)塑化混煉加工pp-硅灰石

1、作者：何和智，付金修，陳哲，方望來(lái)(華南理工大學(xué)聚合物新型成型裝備國(guó)家工程研究中心，聚合物成型加工工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東廣州510640)摘要：硅灰石填充PP經(jīng)三螺桿動(dòng)態(tài)塑化混煉加工后，將粒料制成試樣并進(jìn)行力學(xué)性能測(cè)試和掃描電鏡斷面分析。實(shí)驗(yàn)研究了不同振動(dòng)參數(shù)對(duì)PP／硅灰石力學(xué)性能和斷面微觀結(jié)構(gòu)的影響。結(jié)果表明，與穩(wěn)態(tài)相比，動(dòng)態(tài)(引入振動(dòng))加工條件下試樣的沖擊強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率和彎曲強(qiáng)度均有顯著提高，最大分別提高了107％、

2、10.2％、5l.3％和18.6％；對(duì)在振動(dòng)頻率f=10Hz、振幅A=105μm動(dòng)態(tài)塑化混煉加工條件下試樣的掃描電鏡斷面分析表明，PP／硅灰石材料中硅灰石的粒徑變小并趨一致，分散分布均一，與PP結(jié)合界面得到加強(qiáng)。關(guān)鍵詞：三螺桿擠出機(jī)；動(dòng)態(tài)塑化混煉；硅灰石；聚丙烯；力學(xué)性能PP因脆性高、耐沖擊性能差、成型收縮率大、易翹曲變形、親水性能、黏結(jié)性以及與無(wú)機(jī)填料的相容性均較差等原因大大限制了其進(jìn)一步的推廣應(yīng)用。為此，國(guó)內(nèi)外對(duì)PP的增韌增強(qiáng)改性進(jìn)

3、行了廣泛而深入的研究，并取得了一系列的成果。硅灰石是一種偏硅酸鈣礦物原料，通常為針狀、球狀、纖維狀的集合體。硅灰石填充樹脂后，可使樹脂的剛性、耐熱性提高，尺寸穩(wěn)定性提高，成型收縮率降低，能有效提高其力學(xué)性能，起到增韌、增強(qiáng)的雙重作用，可作為價(jià)格較高的玻璃纖維、碳纖維及危害人體健康的石棉等填料的替代品。我國(guó)硅灰石礦藏資源豐富，應(yīng)用前景廣泛。聚合物復(fù)合材料的性能不僅受制于體系中各組分的性能，而且決定于多相體系中各相的分散分布和相界而結(jié)合情況

4、。相與相之間互相影響，若兩相之間的界面作用薄弱，則力學(xué)性能差，實(shí)用價(jià)值降低。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)硅灰石填充樹脂材料作了大量研究，大部分是采用改性偶聯(lián)劑增強(qiáng)相界面的辦法，而通過(guò)改善共混加工條件和提高混合效率的研究很少.瞿金平等研制開發(fā)了新型聚合物動(dòng)態(tài)三螺桿擠出機(jī)在塑化混煉加工全過(guò)程引入振動(dòng)改變傳統(tǒng)的高分子材料純剪切穩(wěn)態(tài)塑化、輸送機(jī)理為振動(dòng)剪切動(dòng)態(tài)塑化、輸送機(jī)理，使成型加工過(guò)程及過(guò)程參數(shù)發(fā)生周期性變化。這種加工制備與成型技術(shù)對(duì)于制備聚合物共混及復(fù)合

5、材料具有明顯優(yōu)勢(shì)。圖1為三螺桿動(dòng)態(tài)塑化混煉擠出機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖。3根螺桿直徑、旋向和螺紋元件組合方式完全相同，整體成“一”字形水平排布。工作時(shí)，在轉(zhuǎn)動(dòng)的中間螺桿上施加軸向振動(dòng)，從而使3根螺桿之間的軸向齒間間隙實(shí)現(xiàn)周期性變化，不斷對(duì)流場(chǎng)產(chǎn)生擠壓和釋放。由于物料在輸送過(guò)程中受到復(fù)雜剪切作用的同時(shí)也受到周期性脈動(dòng)積壓研磨作用，這加強(qiáng)了相間的傳質(zhì)與傳熱，促進(jìn)了聚合物大分子的流動(dòng)，使整個(gè)塑化混煉系統(tǒng)對(duì)物料進(jìn)行強(qiáng)制動(dòng)態(tài)輸送、塑化混煉、排氣和擠出成型，

6、從而加強(qiáng)了熔體的混合混煉效果，從而達(dá)到了強(qiáng)化分散混合的目的，熔融和混煉得到加強(qiáng)。觀察其斷面形貌結(jié)構(gòu)，放大200倍、300倍和1500倍拍照。2結(jié)果與討論21振動(dòng)對(duì)PP／硅灰石力學(xué)性能的影響211對(duì)拉伸強(qiáng)度的影晌從圖2、3可以看出，隨著振動(dòng)頻率和振幅的增大，PP／硅灰石的拉伸強(qiáng)度得到一定提高。當(dāng)f=6Hz、A=105μm時(shí)，動(dòng)態(tài)拉伸強(qiáng)度出現(xiàn)最大值(3148MPa)，比f(wàn)=0Hz、A=0μm，時(shí)穩(wěn)態(tài)拉伸強(qiáng)度(2843MPa)提高了10.7％

7、。這是因?yàn)楫?dāng)填充體系受到交變的剪切力場(chǎng)作用時(shí)，硅灰石粒子將獲得方向和大小不同的瞬時(shí)沖量。這種瞬時(shí)沖量差會(huì)使粒子與粒子之間產(chǎn)生速度和方向不同的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，并且在粒子之間瞬間形成負(fù)壓，致使鄰近聚合物分子鏈段被吸人而使粒子與粒子相隔離，從而使粒子在瞬時(shí)沖量的作用下在高分子熔體中移至新的位置。因而使粒子趨于均勻分散，在拉伸應(yīng)力作用下填料顆粒就有可能與基體樹脂一起移動(dòng)變形，承受外界負(fù)荷的有效截面增加，拉伸強(qiáng)度從而得到提高.當(dāng)振動(dòng)頻率和振幅超過(guò)最佳點(diǎn)