新型強(qiáng)剪切分散混煉器對(duì)納米粒子分散和共混物結(jié)構(gòu)與性能的影響.pdf

1、塑化過(guò)程作為高聚物加工中一個(gè)必不可少的環(huán)節(jié)，其塑化質(zhì)量對(duì)產(chǎn)品的性能至關(guān)重要。在此基礎(chǔ)上，本課題組研制了一套新型高效混煉設(shè)備，它結(jié)合了傳統(tǒng)的磨盤(pán)和動(dòng)靜齒圈混煉器的優(yōu)點(diǎn)；磨盤(pán)元件對(duì)物料起強(qiáng)剪切混煉作用，齒盤(pán)元件對(duì)物料起分散作用。混煉器磨盤(pán)元件的熔體流動(dòng)槽不同于傳統(tǒng)的磨盤(pán)直線(xiàn)槽，而是采用了阿基米德螺線(xiàn)式的流動(dòng)槽，它能給物料以較大的推動(dòng)力，而不至于在磨盤(pán)中停留時(shí)間太長(zhǎng)。物料在分散齒盤(pán)中通過(guò)多次分流、匯合、改變流動(dòng)方向從而對(duì)熔體溫度進(jìn)行均化，同時(shí)

2、也促進(jìn)填充、共混的物料混合均勻。本文采用此強(qiáng)剪切分散混煉器，研究了純PP(F401)、純PP(K8303)、純HDPE(5000S)、純m-LLDPE以及PP(K8303)/HDPE(5000S)、PP(K8303)/HMWPE(DYDll58)、PP(K1008)/HDPE(5000S)、m-LLDPE/HDPE(5000S)共混物的力學(xué)性能，結(jié)合SEM、WAXD等測(cè)試結(jié)果，討論了混煉器對(duì)聚合物材料力學(xué)性能和微觀結(jié)構(gòu)的影響。同時(shí)探討了

3、加入抗氧劑的純PP(F401)、純HDPE(5000S)的力學(xué)性能和納米粒子在聚合物中的分散性。通過(guò)實(shí)驗(yàn)，可以得出以下結(jié)論： 1．PP(F401)在沒(méi)有加抗氧劑的情況下，經(jīng)混煉器的沖擊強(qiáng)度比未經(jīng)混煉器的最高減少達(dá)27.3[％]；而在加有抗氧劑的PP中，混煉器轉(zhuǎn)速為5r/min時(shí)沖擊性能比沒(méi)有加抗氧劑的未經(jīng)混煉器的增加了45.5[％]。在沒(méi)有加抗氧劑的環(huán)境中，HDPE(5000S)經(jīng)混煉器后的沖擊強(qiáng)度明顯地降低，減小了34[％]；

4、而加有抗氧劑時(shí)，HDPE經(jīng)混煉器混煉后的沖擊強(qiáng)度不但沒(méi)有降低，反而都有所上升，經(jīng)混煉器的沖擊強(qiáng)度比沒(méi)有加入抗氧劑的未經(jīng)混煉器HDPE的沖擊強(qiáng)度也提高了 42.9％。不論是否加入了抗氧劑，混煉器轉(zhuǎn)速對(duì)PP(F401)、HDPE(5000S)的拉伸性能影響不大。說(shuō)明了聚合物在混煉器中有降解和交聯(lián)，加入抗氧劑可以減少降解、增加交聯(lián)，從而提高聚合物的力學(xué)性能。 2．從經(jīng)混煉器前后填充在PP和HDPE體系中的納米碳酸鈣粒子的

5、分散性差異來(lái)看，混煉器可以十分明顯在提高納米粒子在PP(F401)和HDPE(5000S)中的分散性。 3．在HDPE含量為20％、混煉器轉(zhuǎn)速為40r／min時(shí)，PP(K8303)／ItDPE共混體系的沖擊強(qiáng)度比未經(jīng)混煉器混煉的純PP試樣提高了9％，比未經(jīng)混煉器混煉的純HDPE試樣增加了58％；從SEM、WAXD等測(cè)試結(jié)果看出，混煉器可以提高共混物的分散性，從而提高共混物的沖擊性能。而PP(K8303)/HDPE共混體系的拉伸強(qiáng)

6、度變化不大。 4．混煉器的轉(zhuǎn)速對(duì)PP(K8303)／HMWPE共混體系的沖擊強(qiáng)度影響不大，但都明顯高于各混煉器轉(zhuǎn)速下和未經(jīng)混煉器混煉的純PP的沖擊強(qiáng)度。在HMWPE含量為25％、混煉器轉(zhuǎn)速為10r／min的PP／HMWPE共混體系的沖擊強(qiáng)度比未經(jīng)混煉器混煉的純PP提高了33.7％；當(dāng)HMWPE含量為40％、混煉器轉(zhuǎn)速為5r/min時(shí)，PP／HMWPE共混物的拉伸強(qiáng)度比未經(jīng)混煉器混煉的純PP(K8303)提高了15.2％。從SEM

7、、WAXD等測(cè)試結(jié)果可以看出，共混體系的結(jié)構(gòu)是海-島結(jié)構(gòu)，兩組份各自在自己的本體中結(jié)晶，不能形成共晶，且兩者會(huì)相互干涉，通過(guò)混煉器的混煉作用提高了共混物中分散相的分散程度和減小分散相的尺寸，所以共混物的性能得到提高，通過(guò)混煉器轉(zhuǎn)速和共混物組成可以得到既增強(qiáng)又增韌的材料。 5．PP(K1008)／HDPE共混體系，當(dāng)HDPE含量為5％、混煉器轉(zhuǎn)速在5r/min時(shí)，沖擊強(qiáng)度比未經(jīng)混煉器的純PP(K1008)提高了50％；在我們實(shí)驗(yàn)范

8、圍內(nèi)，HDPE的含量和混煉器的轉(zhuǎn)速似乎都對(duì)體系的拉伸性能沒(méi)有什么影響。SEM、WAXD等的測(cè)試結(jié)果表明，PP與HDPE共混后，形成了海一島結(jié)構(gòu)，混煉器提高了共混物中分散相的分散程度和減小分散相的尺寸，這可能是提高PP試樣沖擊性能的原因。 6．混煉器轉(zhuǎn)速為5r／min時(shí)，純m-LLDPE的拉伸強(qiáng)度和沖擊強(qiáng)度都提高了，沖擊強(qiáng)度比未經(jīng)混煉器的提高了17.5％，同時(shí)拉伸強(qiáng)度比未經(jīng)混煉器的提高了131.6％。說(shuō)明了本課題組研制的混煉器可實(shí)

9、現(xiàn)m-LLDPE自增強(qiáng)和增韌。 7．HDPE/m-LLDPE共混物，在混煉器轉(zhuǎn)速為5r/min、HDPE質(zhì)量百分含量為40％時(shí)的沖擊強(qiáng)度比未經(jīng)混煉器混煉的HDPE(41.9KJ/m2)增加了96.2％，比未經(jīng)混煉器混煉的m-LLDPE(64.7KJ/m2)增加了27％，在混煉器轉(zhuǎn)速為5r/min、HDPE質(zhì)量百分含量為40％的HDPE/m-LLDPE共混物的拉伸強(qiáng)度比未經(jīng)混煉器的m-LLDPE(11.4MPa)增加了49.1％；