螺杆轴向振动对三螺杆挤出机制备TPV结构与性能的影响

摘要

动态硫化是制备热塑性弹性体的一种新型的有效方法，由于这种方法制得的热塑性弹性体具有良好的性能，甚至在某些性能上优于嵌段共聚物型热塑性弹性体，因而用动态硫化法制得的热塑性弹性体业已成为一种很有实用价值的高分子材料。随着人们对热塑性弹性体性能的要求越来越高，改进动态硫化工艺和使用新型的加工设备成为提高热塑性弹性体性能的有效途径。　　近年来研究发现使用振动剪切力场可对聚合物熔融共混产生优异的混合分散效果，特别是瞿金平教授首先提出的“聚合物动态塑化成型加工”新技术。在该项技术中，周期性的振动力场不断对流场产生挤压和释放，降低了聚合物熔体的粘弹性，促进了聚合物大分子的流动，从而加强了熔体的混合混炼效果。基于该项新技术而研制的三螺杆动态混炼挤出机，具有高效的混合分散效果，可明显改善挤出时的混合特性，并提高了制品的力学性能。　　本论文旨在结合上述三项实用技术，利用能提供强效剪切和高效混合作用的三螺杆动态混炼挤出机新设备，再配以“聚合物动态塑化成型加工”新技术，以动态硫化的新工艺来制备性能优异EPDM/PP热塑性弹性体，研究了在振动力场作用下三螺杆挤出机反应挤出获得的EPDM/PPTPV的优异性能和良好结构的内在原因，探讨了通过三螺杆挤出机中间螺杆轴向振动来对共混物施加振动力场所引起的TPV宏观性能和微观结构的变化及其机理。毫无疑问，这样的实验研究将是开拓性的。　　通过大量的实验研究发现，振动力场作用下三螺杆挤出机制备的TPV较之未施加振动力场时其综合性能有明显的提高。具体表现在：TPV材料的拉伸强度、100％定伸应力和断裂伸长率明显提高；拉伸永久变形有所增大，弹性性能有所下降，而其硬度基本不变。随着振动参数(频率和振幅)的逐渐提高，TPV材料的宏观性能将会出现一个极值或平台，说明振动力场对EPDM/PP制备的TPV材料的宏观性能要产生积极影响必须使振动参数在一个有限的范围调节内。　　长期的研究发现，材料表现出来的优异宏观性能得益于其本身良好的微观结构。通过凝胶含量测试、动态力学试验、广角X射线衍射、扫描电子显微镜以及透射电子显微镜等一系列当今高聚物领域先进的测试手段，观察并表征所制得的TPV材料微观结构特征。对试验结果的分析表明：交联的EPDM相细小而分散的微观形态得益于三螺杆动态混炼挤出机所提供的强效剪切和高效混合作用，而振动力场的引入又加强了该种作用效果；足够大的交联密度得益于振动力场对动态硫化速率的干预和对硫化体系均匀的分散效果；共混物玻璃化温度的转变特征和其结晶度的变化显示了振动力场可以积极有效的影响TPV材料的聚集态结构；同时，还能促进EPDM和PP两相间的相容性，提高两相间的界面性质和粘附程度。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：物理量名称及符号表

华南理工大学学位论文原创性声明及学位论文版权使用授权书

第一章绪论

1.1前言

1.2文献综述

1.2.1 EPDM/PP热塑性弹性体

1.2.2动态硫化EPDM/PP共混型热塑性弹性体

1.2.3三螺杆挤出机及其特性

1.2.4聚合物动态塑化成型加工新技术及新设备

1.3相关理论背景

1.3.1共混型热塑性弹性体的理论基础

1.3.2橡塑共混体系的结构与性能

1.3.3影响共混型热塑性弹性体性能的因素

1.4课题的提出

1.4.1研究目的和意义

1.4.2本课题研究的主要内容

本章小结

第二章实验研究

2.1实验目的和主要内容

2.1.1实验的目的

2.1.2实验的主要内容

2.2实验材料和配方

2.2.1实验材料

2.2.2实验配方

2.3实验装置及设备

2.3.1聚合物动态加工综合试验仪之三螺杆动态混炼挤出模块

2.3.2 DPII-90电磁动态注塑机

2.4工艺参数控制及实验步骤

2.4.1三螺杆动态混炼挤出机工艺参数

2.4.2电磁动态注塑机工艺参数

2.4.3实验步骤

2.5实验测试仪器及方法

2.5.1实验测试仪器

2.5.2实验测试方法

本章小结

第三章实验结果与理论分析

3.1动态硫化EPDM/PP的力学性能分析

3.1.1振动参数对EPDM/PP共混物拉伸强度的影响

3.1.2振动参数对EPDM/PP共混物100％定伸应力的影响

3.1.3振动参数对EPDM/PP共混物断裂伸长率的影响

3.1.4振动参数对EPDM/PP共混物拉伸回弹性能的影响

3.1.5振动参数对EPDM/PP共混物硬度的影响

3.1.6 EPDM含量对EPDM/PP共混物力学性能的影响

3.2动态硫化EPDM/PP的交联度分析

3.3动态硫化EPDM/PP的动态力学分析

3.4动态硫化EPDM/PP的微观相态分析

3.4.1动态硫化EPDM/PP共混物的SEM分析

3.4.2动态硫化EPDM/PP共混物的TEM分析

本章小结

结论与建议

参考文献

攻读学位期间发表的与学位论文内容相关的学术论文

致谢