基于流變性能的聚丙烯基納米復(fù)合材料混煉類型-形態(tài)-力學(xué)性能研究.pdf

1、無機(jī)納米粒子較難在聚合物基體中實(shí)現(xiàn)良好分散，這限制了聚合物基納米復(fù)合材料的應(yīng)用。目前解決這一問題的方法主要集中在無機(jī)納米粒子的改性、相容劑的選擇等，而通過改變聚合物加工中的混煉類型制備聚合物基納米復(fù)合材料，改善無機(jī)納米粒子在聚合物中的分散狀態(tài)，并且以流變性能這一主線貫穿整個(gè)研究過程，研究納米復(fù)合材料加工中混煉類型-微觀形態(tài)-力學(xué)性能之間的關(guān)系，這一工作仍是嶄新的，既具有理論研究意義，也具有實(shí)際生產(chǎn)指導(dǎo)作用。 本文采用實(shí)驗(yàn)與數(shù)值模

2、擬相結(jié)合的方法，建立加工流場參數(shù)與納米復(fù)合材料微觀形態(tài)之間的關(guān)系。組合了兩套雙螺桿結(jié)構(gòu)，記為S1和S2，在S2末端連接具有混沌混煉特征的靜態(tài)混合器(S2+SM)和多邊螺槽對流式單螺桿擠出機(jī)(S2+HP)，用以制備聚丙烯(PP)/納米碳酸鈣(CaCO3)復(fù)合材料和PP/改性蒙脫土(MMT)納米復(fù)合材料。通過在線流變儀測量納米復(fù)合材料的在線剪切黏度；采用旋轉(zhuǎn)流變儀測量納米復(fù)合材料以及S2沿程樣品的動(dòng)態(tài)黏彈流變性能；采用透射電鏡(TEM)分析

3、材料的微觀形態(tài)，并測試材料的力學(xué)性能。采用有限元法對納米復(fù)合材料在雙螺桿擠出機(jī)內(nèi)的流動(dòng)進(jìn)行理論模擬，獲得材料經(jīng)受的剪切應(yīng)變。以測試獲得的流變性能參數(shù)(屈服應(yīng)力)為橋梁，首先建立屈服應(yīng)力與納米復(fù)合材料微觀形態(tài)之間的關(guān)系，然后建立屈服應(yīng)力與通過數(shù)值模擬獲得的加工流場參數(shù)(剪切應(yīng)變)之間的關(guān)系，最終建立微觀形態(tài)與流場參數(shù)之間的關(guān)系。 采用S2+HP制備的兩種納米復(fù)合材料在線剪切黏度均低于采用S1和S2的情況，帶來材料加工性能的提高。采

4、用S1、S2和S2+HP制備的PP/納米CaCO3復(fù)合材料，含量分別為5、10和15wt﹪時(shí)，其在線剪切黏度均低于純PP的剪切黏度。從形態(tài)的角度分析原因是納米粒子平均粒徑較小時(shí)，減小了PP基體與納米粒子之間的摩擦力，從而使納米復(fù)合材料黏度降低。采用混沌混煉制各的材料拉伸模量均明顯高于采用S1和S2的情況；PP/納米CaCO3復(fù)合材料沖擊性能在混沌混煉作用下有較大的提高，對于PP/改性MMT納米復(fù)合材料，HP的加入也提高了其沖擊性能，因此