动态三螺杆加工微纳碳酸钙填充聚丙烯制品的力学性能研究

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聚合物填充材料的制备是实现高性能聚合物材料的重要途径之一。本论文采用新型动态三螺杆挤出成型技术,制备具有良好性能的聚丙烯复合材料,进一步拓宽了聚丙烯的应用领域。由于微纳碳酸钙粒子的粒径一般很小,其表面能很高,在熔体中容易堆聚在一起,一般的剪切力场中它们难以分散。当三螺杆挤压系统的中间主螺杆轴向振动时,填充体系受到脉动剪切力场作用,在螺棱侧隙中还受到脉动拉伸力场和振动研磨作用,强迫微纳碳酸钙粒子在熔体中趋于均匀分散。因此,用动态三螺杆挤出技术制备的微纳碳酸钙填充聚丙烯制品具有更优异的力学性能。 本论文选取不同粒径、不同组分的微纳碳酸钙填充聚丙烯体系进行实验研究,较系统的研究了振动力场对无机填料分散过程的影响规律,分析了振动强化微纳碳酸钙填充聚丙烯的分散机理。系统地研究振动参数(振幅、频率)与制品的冲击强度、拉伸强度、断裂伸长率等关系,并且对材料的微观结构进行分析,对从事聚丙烯共混研究和生产具有一定的启发性和参考价值。 研究结果表明,与稳态(没有引入振动力场)相比,动态(引入振动力场)加工条件下制品力学性能都有所提高。尤其是对于断裂伸长率而言,提高非常显著,最大幅度达到29.9%,冲击强度提高了15.3%,弯曲模量提高了12.3%。同时,在三螺杆塑化混炼挤出机中引入振动力场后,可以很好地弥补由于填料含量的增加或者大粒径填充时造成的力学性能下降,这一点对增韧改性塑料尤为重要,可以在大大降低了材料成本的同时,提高材料综合力学性能。同时通过控制加工过程中振动力场的振幅和振频,可以实现在材料制备过程中对材料的最终性能进行有效的干预与调制,从而最终获得具有较高机械性能的制品。
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