利用超高速混合器制備納米碳酸鈣-聚丙烯復(fù)合材料的研究.pdf

1、該論文針對熔融共混法制備聚合物/納米無機(jī)粒子復(fù)合材料中納米無機(jī)粒子難分散的問題,根據(jù)"納米粒子表面有限鈍化"機(jī)理,利用自行設(shè)計(jì)的超高速混合器對納米碳酸鈣進(jìn)行有效的表面處理,制得了高性能的聚丙烯/納米碳酸鈣復(fù)合材料.對超高速混合器的結(jié)構(gòu)、工藝設(shè)計(jì)及納米碳酸鈣在超高速混合器中的受力情況進(jìn)行了研究,并就納米碳酸鈣的表面處理工藝對復(fù)合材料的力學(xué)性能、結(jié)晶及流變性能的影響進(jìn)行了細(xì)致分析,主要結(jié)果如下:1.從納米粒子團(tuán)聚機(jī)理及高速混合器混合原理出發(fā)

2、,自行設(shè)計(jì)了處理無機(jī)納米材料用的超高速混合器,已獲實(shí)用新型專利一項(xiàng)、申請發(fā)明專利一項(xiàng).對超高速混合器結(jié)構(gòu)及工藝參數(shù),如槳葉與混合鍋壁間隙、上下槳葉形式、槳葉傾角、側(cè)壁切刀、霧化噴嘴、葉輪轉(zhuǎn)速及切刀轉(zhuǎn)速等進(jìn)行了設(shè)計(jì)或選型.2.首次對高速混合器設(shè)計(jì)中的重要參數(shù)--下槳葉最大回轉(zhuǎn)半徑與混合鍋內(nèi)壁間隙內(nèi)的納米粒子所受動(dòng)態(tài)剪切進(jìn)行了數(shù)學(xué)模擬.建立了間隙中納米粒子受力的物理模型,并在物理模型的基礎(chǔ)上建立了初步的數(shù)學(xué)模型.3.研究了高速混合器的放大問

3、題,根據(jù)幾何相似算法,對工業(yè)用超高速混合器的放大進(jìn)行了討論及計(jì)算,以其剪切與混合效果作為放大的依據(jù),在10L試驗(yàn)機(jī)的基礎(chǔ)上成功放大并制造了500L工業(yè)用超高速混合器.高速混合器的放大計(jì)算目前尚未見文獻(xiàn)報(bào)道.4.在利用高速混合器處理納米碳酸鈣制備納米碳酸鈣/聚丙烯復(fù)合材料的研究中,發(fā)現(xiàn)新型超高速混合器(6000r/min)比傳統(tǒng)高速混合器(1000-2000r/min)能更有效地對納米碳酸鈣粒子進(jìn)行表面處理.5.新型超高速混合器中采用剪切

4、為主的周向流葉輪比傳統(tǒng)的以混合為主的軸向流葉輪能更有效地對納米碳酸鈣進(jìn)行表面處理,所制得復(fù)合材料沖擊強(qiáng)度前者比后者最大可提高33﹪(添加35wt﹪);而且采用同樣的剪切型葉輪時(shí)轉(zhuǎn)高轉(zhuǎn)速(6000r/min)可比較低轉(zhuǎn)速(3000r/min)獲得更好地處理效果.6.研究表明,應(yīng)用超高速混合器對納米碳酸鈣進(jìn)行表面處理時(shí),與處理微米級填料不同,硬脂酸表面處理劑比含有較長有機(jī)鍵的鈦酸酯、鋁酸酯等偶聯(lián)劑效果更好.說明納米碳酸鈣的表面處理機(jī)理已與普

5、通填料不同,表面處理劑不再發(fā)揮界面粘接的作用,其主要作用已變?yōu)檫m當(dāng)降低納米粒子的表面活性,防止其在聚合物基體中的團(tuán)聚.利用超高速混合器對納米碳酸鈣進(jìn)行表面處理時(shí),表面處理劑的用量也非常重要,處理微米級填料的單分子層理論計(jì)算處理劑用量的方法也不再適用.7.納米碳酸鈣的加入對納米碳酸鈣/聚丙烯復(fù)合材料的沖擊性能影響顯著,納米碳酸鈣經(jīng)過超高速混合器較好的表面處理,復(fù)合材料的沖擊強(qiáng)度可提高4倍以上,對不同粒徑的納米碳酸鈣,粒徑越小,增韌效果越明

6、顯.8.毛細(xì)管流變研究表明,納米碳酸鈣填充聚丙烯與微米碳酸鈣填充聚丙烯時(shí)體系所表現(xiàn)出的流變特性不同.當(dāng)納米碳酸鈣在聚丙烯中能較好的分散(納米碳酸鈣進(jìn)行適當(dāng)?shù)谋砻嫣幚砘蛭幢砻嫣幚淼募{米碳酸鈣少量加入)時(shí),體系的表觀粘度較純聚丙烯有所下降.對進(jìn)行表面處理后的納米碳酸鈣,隨加入量的增大,表觀粘度將進(jìn)一步降低.9.DSC研究表明,納米碳酸鈣的加入使聚丙烯的過冷度(ΔT=T<,0>-T<,c>)下降,結(jié)晶速率提高,納米碳酸鈣對聚丙烯有成核、促進(jìn)其