原位氣泡拉伸法（ISBS）分散規(guī)律及消泡再團(tuán)聚過程研究.pdf

1、隨著復(fù)合材料研究的深入發(fā)展和應(yīng)用，納米粒子粉體的研究成為新的課題已受到業(yè)內(nèi)廣泛的重視。由于納米粒子粒度小、表面能高，處于熱力學(xué)非穩(wěn)定狀態(tài)，因此在生產(chǎn)制備、儲(chǔ)存以及使用過程中極易發(fā)生粒子團(tuán)聚，從而失去納米粒子所具備的功能，因此，無機(jī)納米粉體在聚合物基體中是否均勻分散，是提高納米復(fù)合材料性能并減少納米粒子填充量的關(guān)鍵。人們嘗試了多種方法試圖解決納米粉體的分散問題，但迄今納米粉體的分散仍是制備聚合物基納米復(fù)合材料的瓶頸問題之一。吳大鳴教授提出

2、原位氣泡拉伸法(In Situ Bubble Stretch，簡稱ISBS方法)，利用氣泡膨脹產(chǎn)生的高拉伸速率對(duì)氣泡周圍的納米微粒進(jìn)行分散。結(jié)果表明，氣泡膨脹時(shí)可使周圍的聚合物熔體產(chǎn)生高達(dá)10<'6>s<'-1>的拉伸速率，比一般機(jī)械分散法所能獲得的剪切或拉伸速率高兩個(gè)數(shù)量級(jí)，因而可獲得優(yōu)于常規(guī)分散混合設(shè)備的分散效果。 納米復(fù)合體系經(jīng)過ISBS方法分散后，由于所得到的復(fù)合材料中存在氣泡，會(huì)影響材料的性能，因此必須對(duì)材料進(jìn)行消泡處

3、理。在消泡和后續(xù)的成型加工過程中，經(jīng)ISBS方法分散的納米粒子是否發(fā)生重新團(tuán)聚，是影響最終分散效果和復(fù)合材料性能的一個(gè)重要方面。 本文在前人對(duì)原位氣泡拉伸法的分散規(guī)律和分散能力研究的基礎(chǔ)上，對(duì)原位氣泡拉伸法制備聚合物基納米復(fù)合材料消泡及后續(xù)成型加工中是否會(huì)發(fā)生再團(tuán)聚進(jìn)行了分析和研究。以PPR為樹脂基體，分別用nano-CaCO<,3>和nano-Mg(OH)<,2>作為納米填充粒子。先使用雙螺桿擠出機(jī)對(duì)聚合物與納米粒子的混合物進(jìn)

4、行分布混合與造粒，然后在控制機(jī)頭壓力的情況下使用單螺桿擠出機(jī)對(duì)物料進(jìn)行擠出發(fā)泡，利用氣泡膨脹產(chǎn)生的高速剪切場(chǎng)和拉伸場(chǎng)實(shí)現(xiàn)分散聚合物熔體中納米粒子的目的。將得到的納米復(fù)合材料在注塑機(jī)中制成標(biāo)準(zhǔn)樣條進(jìn)行力學(xué)性能測(cè)試，并在此過程中利用注塑機(jī)的自排氣功能對(duì)復(fù)合材料進(jìn)行消泡處理。利用Image-Pro Plus軟件對(duì)樣品的FE-SEM電鏡照片進(jìn)行分析和計(jì)算，并對(duì)測(cè)得的沖擊性能和拉伸性能的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和比較，得出以下結(jié)論： 1.ISBS方法

5、是制備PPR/CaCO<,3>復(fù)合材料較為有效的分散納米團(tuán)聚體的方法。在一定的納米粒子添加量下，PPR/nano-CaCO<,3>和PPR/nano-Mg(OH)<,2>復(fù)合體系均得到均勻的分散。 2.對(duì)經(jīng)過ISBS方法制備的納米復(fù)合材料進(jìn)行消泡處理和成型加工過程后，納米粒子未產(chǎn)生明顯的重新團(tuán)聚現(xiàn)象。 3.經(jīng)過消泡處理和成型加工過程后，PPR/CaCO<,3>復(fù)合材料的缺口沖擊強(qiáng)度隨著無機(jī)粒子添加量的增加有較大提高，相同