无规共聚、嵌段共聚及均聚聚丙烯高速挤出流变性能

摘要

本课题为国家自然科学基金资助项目，研究焦点集中在探求不同类型聚丙烯熔体高速挤出时的非线性黏弹性和极其复杂的不稳定流动现象。实验采用恒速型双筒毛细管流变仪等仪器，研究对象选择无规共聚聚丙烯(PP—R)、嵌段共聚聚丙烯(PP—B)和均聚聚丙烯(PP—H)。遵照归纳、量化各种不稳定流动行为，分析确定发生不稳定流动的扰动源位置与性质，针对性地采取改善措施的研究脉络，得到主要结论如下。 实验温度范围内，低剪切速率下(246s-1)无规共聚聚丙烯从零长口模挤出的样品出现奇特的规律性很强的螺纹状畸变，相应的长口模挤出样品出现规律性整体扭曲。定量测量了螺纹畸变的周期和螺槽深度。挤出速率增大，螺槽加深，螺纹周期变长。挤出温度升高，螺槽变浅，螺纹周期变短。毛细管长径比增大，出现螺纹畸变的临界剪切速率升高。与无规共聚聚丙烯相比，均聚聚丙烯在很高挤出速率下(2099s-1)才出现螺纹状畸变，且螺槽浅，螺纹周期短。嵌段共聚聚丙烯挤出物表面光滑，未出现螺纹状畸变。 机理研究表明，发生在零长口模挤出物上的螺纹状畸变是熔体通过口模入口区时出现横向次级流动(螺旋流动)造成的。螺纹畸变的扰动源在口模入口处。次级流动的强弱不仅与材料的分子量及熔体黏弹性有关，也与材料的分子结构特征密切相关。 根据扰动源位置和性质，采取针对性措施予以改善。选择几何各向异性填料，包括热致性液晶(TLCP)，多壁碳纳米管及原位成纤材料(PET)与基体树脂混合。实验表明，添加少量液晶材料、碳纳米管和PET均可使螺纹畸变的发生推迟，挤出物表观变好。偏光照片显示TLCP组分形成了良好的微纤结构，在入口处流场中发生取向，使流线稳定性增强。 升高温度和改变毛细管长径比可以改善畸变或提高畸变产生的临界剪切速率。剪切速率为502s-1，温度由190℃升至220℃时，无规共聚聚丙烯的螺槽深度明显减小，直至消失。毛细管长径比增加，熔体在口模内的松弛时间增加，有利于改善螺纹畸变。 高速挤出时，无规共聚聚丙烯PPR4220在长口模中发生轻微压力振荡，采用双峰聚乙烯SP2520与其共混，毛细管壁处的应力集中效应减弱，压力振荡明显改善。与此同时，零长口模处发生螺纹畸变的临界剪切速率也随双峰聚乙烯含量的增加而推后。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：符号说明

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第一章 文献综述

1.1引言

1.2各种挤出不稳定行为的文献表述

1.2.1螺纹挤出畸变

1.2.2次级流动现象

1.2.3鲨鱼皮现象

1.2.4黏滑转变与压力振荡

1.2.5强壁滑现象

1.2.6第二光滑挤出区(准稳态挤出区)

1.2.7流动分裂(挤出分裂)现象

1.2.8熔体整体破裂

1.3提高聚合物熔体稳定挤出速率的措施

1.3.1精确控制口模温度场，提高稳定挤出速率

1.3.2 改造口模形状及长径比

1.3.3特种填加剂(如润滑剂、加工助剂)的效能

1.4新型聚烯烃弹性体共混增韧

1.4.1弹性体增韧的一些基本理论

1.5 PP-B、PP-R及HPP简介

1.6课题的提出及意义

第二章 实验内容

2.1实验原料与助剂

2.2实验设备与仪器

2.3 RH2000恒速型双毛细管流变仪构造及特点

2.4实验内容

2.4.1熔体高速挤出流变性能测试的试样制备及实验条件

2.4.2动态机械分析仪DMA

2.4.3共混试样的制备及实验测试方法

第三章 无规共聚聚丙烯高速挤出流变性能

3.1聚丙烯熔体的螺纹挤出畸变

3.2剪切速率和温度对螺纹的影响

3.3口模长径比对螺纹的影响

3.4无规共聚聚丙烯样品黏性曲线

3.5无规共聚聚丙烯样品弹性曲线

3.6无规共聚聚丙烯样品结构和形态

3.6.1无规共聚聚丙烯DSC曲线

3.6.2无规共聚聚丙烯的结晶形态

3.7本章小结

第四章 聚丙烯高速挤出流变性能对比研究

4.1四种聚丙烯样品的熔体流动速率和黏流活化能

4.2四种聚丙烯样品的黏弹性

4.2.1四种聚丙烯样品黏性的比较

4.2.2四种聚丙烯样品弹性的比较

4.3四种聚丙烯压力振荡曲线的比较

4.4四种聚丙烯样品的流动曲线

4.4.1温度对流动曲线的影响

4.5四种聚丙烯样品的挤出物外观对比

4.5.1均聚聚丙烯PP-T30s挤出物外观

4.5.2嵌段共聚聚丙烯PPB-AP3N挤出物外观

4.5.3无规共聚聚丙烯PPR-4220挤出物外观

4.5.4无规共聚聚丙烯PPR-2400挤出物外观

4.5.5四种聚丙烯样品挤出物表观的比较

4.5.6四种聚丙烯样品的挤出规律

4.6四种聚丙烯样品结构与形貌

4.6.1 DSC实验

4.6.2四种聚丙烯样品结晶形态

4.6.3四种样品的DMA曲线

4.7本章小结

第五章 聚丙烯熔体挤出过程中流动扰动源的探讨

5.1四种聚丙烯压力振荡曲线的比较

5.1.1均聚聚丙烯PP-T30s压力振荡曲线

5.1.2嵌段共聚聚丙烯PPB-AP3N压力振荡曲线

5.1.3无规共聚聚丙烯PPR-4220压力振荡曲线

5.1.4无规共聚聚丙烯PPR-2400压力振荡曲线

5.2聚丙烯熔体零长口模、长口模挤出物畸变表观对比研究

5.2.1无规共聚聚丙烯熔体零长口模、长口模挤出物畸变对比研究

5.2.2均聚聚丙烯熔体零长口模、长口模挤出物畸变对比研究

5.2.3嵌段共聚聚丙烯零长口模、长口模挤出物畸变对比研究

5.3入口压力降

5.4四种聚丙烯样品DMA曲线的分析

5.5聚丙烯样品扰动源分析结果

5.6几种聚烯烃分子结构示意图

5.7本章小节

第六章 温度及共混对聚合物高速挤出不稳定流动改善

6.1挤出成型过程的工艺条件

6.1.1挤出温度对螺纹畸变的改善

6.1.2挤出温度对压力—时间曲线的影响

6.2通过改变口模长径比改善挤出稳定性

6.2.1口模长径比对鲨鱼皮畸变的影响

6.3通过共混改善螺纹不稳定流动现象

6.3.1共混对压力振荡的改善

6.3.2共混对入口扰动的改善

6.3.3共混对挤出物表观的改善

6.4本章小结

第七章 聚合物加工助剂改善不稳定流动现象

7.1多壁碳纳米管对聚丙烯入口扰动的改善

7.1.1碳纳米管对挤出物外观的影响

7.1.2碳纳米管对剪切黏度的影响

7.1.3碳纳米管对无规共聚聚丙烯弹性的影响

7.1.4无规共聚聚丙烯及其复合材料压力振荡曲线的比较

7.1.5碳纳米管对熔体流动曲线的影响

7.1.6复合材料的形态结构

7.2热致液晶(TLCP)对聚丙烯入口扰动的改善

7.2.1热致液晶对挤出物外观的影响

7.2.2TLCP对剪切黏度的影响

7.2.3 TLCP对无规共聚聚丙烯弹性的影响

7.2.4无规共聚聚丙烯及其复合材料压力振荡曲线的比较

7.2.5 TLCP对熔体流动曲线的影响

7.2.6 TLCP在无规共聚聚丙烯中的取向形态

7.3原位成纤材料(PET)对聚丙烯入口扰动的改善

7.3.1 PET对挤出物外观的影响

7.3.2 PET对剪切黏度的影响

7.3.3 PET对无规共聚聚丙烯弹性的影响

7.3.4无规共聚聚丙烯及其复合材料压力振荡曲线的比较

7.3.5 PET对熔体流动曲线的影响

7.4本章小结

第八章 茂金属催化三元乙丙橡胶改善聚丙烯力学和流变性能

8.1 m-EPDM对均聚聚丙烯弯曲强度的影响

8.2 m-EPDM对均聚聚丙烯拉伸强度的影响

8.3 m-EPDM对均聚聚丙烯冲击强度的影响

8.4 m-EPDM对聚丙烯流变性能的影响

8.4.1 m-EPDM对剪切黏度的影响

8.4.2 m-EPDM对均聚聚丙烯弹性的影响

8.4.3 m-EPDM对压力振荡曲线的影响

8.4.4 m-EPDM对熔体流动曲线的影响

8.4.5 m-EPDM对挤出物外观的影响

8.5本章小结

结 论

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表的学位论文