成型参数对模内自增强共注成型单聚合物复合材料性能的影响研究

摘要

随着高分子材料科学及其相关技术的发展，聚合物材料在当今的生产生活中的应用日益广泛，各种新型聚合物及其复合材料不断涌现。其中单聚合物复合材料在80年代被提出，单聚合物复合材料的基体与增强体为同一种或同一族聚合物，它解决了普通聚合物复合材料多相之间相容性差的问题，并且可直接循环利用。在国内外学者的不断努力下，单聚合物复合材料得到了快速发展，但与此同时研究中也面临着多种难题，如聚合物纤维在成型过程中熔融失效和材料性能不易控制等问题。本文针对以上两方面，提出一种“模内自增强共注复合成型”的单聚合物复合材料制备方法，通过使用相应的成型模具和成型工艺，成功实现了不同结构单聚合物复合材料的制备和对其性能的控制。
　　本文以聚丙烯(PP)为原材料制备单聚合物复合材料，通过抗拉强度对比发现，三种具有不同增强体尺寸的单聚合物复合材料的抗拉强度均高于一次成型的普通聚合物材料，并且材料中增强体数目越多抗拉强度越高。与普通材料相比，成型后的单聚合物复合材料可能因收缩造成弯曲或表面存在收缩痕，拉伸断裂过程与普通材料也不同，表现出多种断裂状态，但拉伸过程曲线表现出与普通材料相同的变形过程。通过研究熔体温度、模具温度和注射速度对单聚合物复合材料力学性能的影响发现，在其他成型工艺参数不变的条件下，注射速度或熔体温度越高，单聚合物复合材料的抗拉强度越低;模具温度的影响没有表现出规律性，但抗拉强度较高的单聚合物复合材料通常出现在较低的模具温度条件下。方差分析结果显示三种工艺参数的影响程度不同，熔体温度的影响最为明显，其次为模具温度，注射速度影响程度最小。
　　聚合物材料的力学性能与其分子结构和结晶状态等微观结构有着密切的关系。光学显微镜和扫描电镜的分析结果显示，抗拉强度最高的单聚合物复合材料，因成型温度低，在基体和增强体的界面处未能形成良好的结合状态，甚至出现了增强体与基体剥离的现象;而抗拉强度低的试件因成型温度高，两部分融合状态良好。偏光结果显示成型工艺参数对增强体的表皮层厚度有着明显的影响，注射速度和熔体温度的提高均会使增强体表层厚度减小，球晶区域面积增大;模具温度的影响没有明显规律性。X射线衍射结果显示单聚合物复合材料与普通材料的最强衍射峰分别在α晶晶面和β晶晶面;抗拉强度越高的单聚合物复合材料其α晶的结晶程度也越高，晶体的择优取向也越强烈;对三种增强体尺寸的单聚合物复合材料进行x射线衍射分析，结果表明三种单聚合物复合材料的最强峰均在α晶晶面，并且随着增强体数目的增多，材料的结晶度也越高。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 课题的研究背景和意义

1．1．1 课题研究背景

1．1．2 课题研究意义

1．2 单聚合物复合材料国内外研究现状

1．3 聚合物注射自增强研究现状

1．4 课题研究的主要内容

2 单聚合物复合材料模内自增强共注成型方法

2．1 成型方法

2．2 成型设备

2．3．1 成型模具

2．3．2 注塑机及配套设备

2．3．3 实验材料

2．3 成型工艺

2．4 本章小结

3 单聚合物复合材料力学性能分析

3．1 实验方案

3．1．1 实验装置与设备

3．1．2 实验内容

3．2 单聚合物复合材料与普通材料对比

3．2．1 外貌轮廓对比

3．2．2 拉伸性能对比

3．3 单聚合物复合材料拉伸性能结果与分析

3．3．1 熔体温度对单聚合物复合材料力学性能的影响

3．3．2 模具温度对单聚合物复合材料力学性能的影响

3．3．3 注射速度对单聚合物复合材料力学性能的影响

3．4 不同增强体结构尺寸对单聚合物复合材料性能的影响

3．4．1 不同结构单聚合物复合材料对比

3．4．2 熔体温度对不同结构单聚合物复合材料抗拉强度的影响

3．4．3 注射速度对不同结构单聚合物复合材料抗拉强度的影响

3．5 本章小结

4 单聚合物复合材料微观结构分析

4．1 分析方法与实验设备

4．1．1 分析方法

4．1．2 实验设备

4．2 单聚合物复合材料偏光分析

4．2．1 单聚合物复合材料偏光对比

4．2．2 增强体不同部位结晶区域面积差异

4．2．3 工艺参数对增强体结晶区域面积的影响

4．3 单聚合物复合材料扫描电镜分析

4．4 单聚合物复合材料X射线衍射分析

4．4．1 不同工艺条件下单聚合物复合材料X射线衍射分析

4．4．2 不同结构的单聚合物复合材料X射线衍射分析

4．5 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢