聚丙烯高速擠出螺紋畸變現(xiàn)象及改善措施.pdf

1、本課題為國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目[注],研究的主要內(nèi)容是通過(guò)歸納、總結(jié)聚合物熔體(主要為聚烯烴熔體)高速加工擠出時(shí)發(fā)生的極其復(fù)雜的異常流變行為,分析異常流變行為發(fā)生的機(jī)理,并有的放矢地提出改善流動(dòng)狀態(tài)的對(duì)策。
　　 實(shí)驗(yàn)采用恒速型雙筒毛細(xì)管流變儀等儀器重點(diǎn)研究了無(wú)規(guī)共聚聚丙烯(PP-R)在高速擠出時(shí)的流動(dòng)規(guī)律及擠出畸變特征,通過(guò)分析擠出過(guò)程中的流動(dòng)應(yīng)力集中效應(yīng)和熔體黏彈性變化確定了發(fā)生不穩(wěn)定流動(dòng)的擾動(dòng)源位置和性質(zhì);分別通過(guò)制備P

2、P-R/TLCP(熱致性液晶高分子)原位成纖復(fù)合材料以及PP-R/CNTs(碳納米管)復(fù)合材料來(lái)達(dá)到減輕或抑制不穩(wěn)定流動(dòng)的目的,并通過(guò)向聚丙烯熔體加入微量含氟彈性體(PPA)進(jìn)一步驗(yàn)證不穩(wěn)定流動(dòng)的擾動(dòng)源位置。
　　 結(jié)果表明,聚丙烯熔體的零長(zhǎng)口模擠出物發(fā)生了特殊的螺紋畸變現(xiàn)象。熔體分子量越大、黏彈性越高、擠出速率越大,熔體在口模入口區(qū)發(fā)生應(yīng)力集中效應(yīng)越明顯,入口壓力降越大、零長(zhǎng)口模擠出物的螺紋畸變現(xiàn)象嚴(yán)重。升高溫度對(duì)螺紋畸變有明

3、顯改善作用。分析認(rèn)為這種擠出螺紋畸變的擾動(dòng)源位于口模入口區(qū),是由入口區(qū)的流動(dòng)應(yīng)力集中效應(yīng)和次級(jí)環(huán)流引起的,通過(guò)向PP-R熔體添加少量色母粒證實(shí)了次級(jí)環(huán)流的存在。
　　 口模入口區(qū)的不穩(wěn)定流動(dòng)可通過(guò)添加幾何各向異性填料減輕或消除。實(shí)驗(yàn)利用原位成纖原理制備了PP-R/TLCP復(fù)合材料,結(jié)果表明,少量的TLCP能有效減輕PP-R熔體擠出畸變的程度,TLCP以微纖形態(tài)分散在PP-R基體中。TLCP不僅改善了熔體在口模入口區(qū)的不穩(wěn)定流動(dòng),

4、減弱入口區(qū)的應(yīng)力集中和入口壓力降,同時(shí)也能減弱分子鏈間的相互作用,降低熔體的黏彈性,有利于熔體的擠出加工。實(shí)驗(yàn)采用物理改性路線修飾碳納米管和采用母料技術(shù)制備PP-R/CNTs復(fù)合材料,工藝路線簡(jiǎn)單易行。少量CNTs能改善PP-R熔體在口模入口區(qū)的流動(dòng)應(yīng)力集中和橫向環(huán)流。使入口區(qū)應(yīng)力集中效應(yīng)減弱,拉伸應(yīng)力和入口壓力降下降。
　　 采用兩步法制備了無(wú)規(guī)共聚聚丙烯(PP-R)-含氟彈性體(PPA)復(fù)合體系。結(jié)果表明,添加微量PPA改善

5、了PP-R熔體長(zhǎng)口模的擠出物表觀,添加200 ppm的含氟彈性體就使長(zhǎng)口模擠出物發(fā)生扭曲畸變的臨界剪切速率從353 s-1增大到503 s-1。綜合分析認(rèn)為,PP-R熔體擠出過(guò)程中的流動(dòng)應(yīng)力集中效應(yīng)和擾動(dòng)源主要發(fā)生在口模入口區(qū);熔體/管壁間的界面作用對(duì)熔體的不穩(wěn)定流動(dòng)性也有一定影響,但影響不大。
　　 通過(guò)對(duì)不同聚合物(主要是聚烯烴)熔體高速擠出時(shí)的異常流變行為進(jìn)行歸納和量化描述,初步建立了識(shí)別聚合物加工行為的“指紋庫(kù)”。該指紋