三螺杆动态塑化混炼加工聚丙烯/硅灰石力学性能的实验研究

摘要

随着现代工业的发展,人们对于聚合物材料性能的要求越来越高。为使聚合物材料得到较好的性能,国内外广泛通过合金、共混、复合和改性等技术对聚合物材料进行了大量的研究,而无机填料增强增韧塑料的研究是其中一个重要方向。对于填充共混研究,单纯依靠简单低效的机械共混已再不能满足生产的需要。新型三螺杆动态塑化混炼技术,在塑化混炼过程中引入振动,改变传统的高分子材料纯剪切稳态塑化混炼、输送机理为动态塑化混炼、输送机理,使塑化混炼过程中参数发生周期性的变化。这种动态塑化混炼设备对于制备聚合物共混及复合材料具有明显的优势。 本论文选取两种填充量的聚丙烯/硅灰石体系进行实验研究,通过改变振动参数(振动频率和振动幅度)、螺杆转速和填充比率等参数,较为系统地研究了振动强化聚丙烯/硅灰石体系的机理,分析了振动参数、螺杆转速和填充量对制品的拉伸强度、冲击强度、断裂伸长率和弯曲模量的影响规律,以及硅灰石分散分布、排列取向、粒径变化和硅灰石聚丙烯结合界面等微观结构的影响规律。总体上对从事硅灰石和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)相比,动态(引入振动)加工条件下制品力学性能得到一定提高。尤其是对于断裂伸长率而言,提高非常显著,最大幅度达到53.7％,拉伸强度最大提高了11.2％,冲击强度最大提高了13.6％,弯曲强度最大提高了20.7％,弯曲模量最大提高了41.0％。另外,在动态加工条件下,改善了共混物的微观结构,增强了硅灰石在基体中的分散取向,细化并均一了硅灰石的粒径,加强了纤维与基体之间的界面粘结。因此,三螺杆动态塑化混炼挤出机由于引入振动,从而很好地适用于加工聚丙烯/硅灰石此类复合材料的加工。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：物理量名称及符号表

声明

第一章绪论

1.1聚丙烯及其改性

1.1.1聚丙烯材料概述

1.1.2聚丙烯改性研究

1.1.3聚丙烯填充改性

1.2硅灰石材料及其开发应用

1.2.1硅灰石的物理化学性质

1.2.2硅灰石开发利用现状

1.2.3硅灰石复合材料的研究现状

1.3动态塑化混炼技术在聚合物加工中的应用

1.3.1聚合物熔体振动技术

1.3.2聚合物动态塑化混炼技术

1.4本文的研究意义

1.5研究内容及方法

本章小结

第二章理论基础

2.1螺杆挤出机及其理论

2.1.1单、双螺杆挤出机

2.1.2三螺杆及多螺杆挤出机

2.1.3三螺杆动态塑化混炼挤出机

2.2刚性粒子增韧理论

2.2.1有机和无机刚性粒子增韧

2.2.2影响刚性粒子增韧效果的因素

2.3分散和分布混合理论

2.3.1粒子团聚体的破裂

2.3.2粒子团聚体的分散过程

2.3.3分散和分布混合

2.4短纤维复合材料破坏与强度理论

2.4.1单根短纤维受力模型

2.4.2短纤维复合材料的破坏行为

本章小结

第三章实验研究

3.1实验目的和实验步骤

3.1.1实验目的

3.1.2实验步骤

3.2实验装置

3.2.1三螺杆动态塑化混炼挤出机

3.2.2动态三螺杆螺纹元件排列顺序

3.2.3注塑机

3.3测试仪器

3.4实验材料

3.5工艺控制参数

3.5.1三螺杆动态塑化混炼挤出机工艺控制参数

3.5.2注塑机工艺控制参数

3.6样条制备实验步骤

3.6.1样条制备流程

3.6.2三螺杆动态塑化混炼挤出机具体实验步骤

3.6.3注塑机具体实验步骤

3.7测试方法

3.7.1拉伸试验

3.7.2弯曲试验

3.7.3冲击实验

3.7.4断面形貌SEM观测

3.7.5数据处理

本章小结

第四章结果分析与讨论

4.1动念塑化混炼技术对复合材料拉伸强度的影响

4.1.1振动频率对复合材料拉伸强度的影响

4.1.2振动幅度对复合材料拉伸强度的影响

4.1.3拉伸强度的综合影响因素

4.2动态塑化混炼技术对复合材料冲击强度的影响

4.2.1振动频率对复合材料冲击强度的影响

4.2.2振动幅度对复合材料冲击强度的影响

4.2.3冲击强度的综合影响因素

4.3动态塑化混炼技术对复合材料断裂伸长率的影响

4.3.1振动频率对复合材料断裂伸长率的影响

4.3.2振动幅度对复合材料断裂伸长率的影响

4.3.3断裂伸长率的综合影响因素

4.4动态塑化混炼技术对复合材料弯曲强度的影响

4.4.1振动频率对复合材料弯曲强度的影响

4.4.2振动幅度对复合材料弯曲强度的影响

4.4.3弯曲强度的综合影响因素

4.5动态塑化混炼技术对复合材料弯曲模量的影响

4.5.1振动频率对复合材料弯曲模量的影响

4.5.2振动幅度对复合材料弯曲模量的影响

4.5.3弯曲模量的综合影响因素

本章小结

第五章动态塑化混炼技术对复合材料微观结构的影响

5.1动态塑化混炼技术对挤出颗粒脆断断面微观结构的影响

5.2动态塑化混炼技术对挤出粒料中硅灰石微观结构的影响

5.3动态塑化混炼技术对注塑样条脆断断面微观结构的影响

5.4三螺杆动态塑化混炼机理探讨

本章小结

结论与建议

1结论

2不足与建议

参考文献

攻读硕士学位期间取得的研究成果

致谢