注塑成型中聚乙烯诱导结晶机理的研究

摘要

注塑成型是聚乙烯最主要的加工方式，在成型过程中控制聚乙烯的微观结构演变能够直接影响制品的性能。注塑成型的聚乙烯制品通常具有力学性能较差、结晶度较低等缺陷。增加成核密度能够提高结晶度并使晶形发生改变，从而改善制品性能。本文依据诱导结晶的试验现象，通过不同分子量诱导结晶和剪切应力诱导结晶两种方式，对注塑成型过程中聚乙烯的结晶机理进行探究，主要研究内容包括:
　　（一）采用直接共混法将不同种类（分子量不同）的聚乙烯用双螺杆挤出机挤出，制备共混物。考察了不同比例、不同种类聚乙烯混合料对制品的影响。表征了共混物的熔体流动性、分子量分布情况、制品力学性能和结晶度等性能。通过对共混物流动性和分子量变化的分析，探讨了分子量的改变以及长链和短链在诱导结晶中的作用。结果表明，在中等分子量聚乙烯（5000S）中添加4%的低分子量聚乙烯(2911)或者4%的高分子量聚乙烯（1158）能大幅提高制品的结晶度。同时向5000S中添加4%2911和4%1158不仅能大幅提高制品的结晶度，而且制品的拉伸性能有了巨大的提升，伸长率达到846%。
　　（二）采用控制剪切应力的方式对中等分子量聚乙烯进行试验，通过改变注塑机的注射压力和模具温度来调整聚乙烯熔融体受到的剪切应力。利用电子万能试验机、差示量热扫描仪和扫描电镜对试样进行表征，对剪切应力与晶形的关系进行了分析。通过对聚乙烯结晶过程的分析探讨，阐述了受剪切作用的剪切层和芯层取向及结晶状况。结果表明，当熔融体受到持续的剪切时，制品的剪切层会持续变厚，力学性能也会随之提升。剪切速率能够直接对晶形的结构、形状和大小产生影响。当剪切速率大于一定值时，分子链开始发生明显的取向。
　　（三）运用分子模拟软件，利用分子链模型和粗粒化模型对聚合物分别受到剪切和拉伸作用的情况进行模拟，研究了聚合物分子链在剪切应力场中的取向行为以及在拉伸应力作用下微观结构的变形情况。在力学测试中，采用两种不同的系综来考察拉伸速率与应力应变曲线之间的关联。根据非键势能和总能量的变化情况来分析外部应力对晶形的影响。结果表明，拉伸时采用NVT系综能够有效避免空穴现象的产生。在剪切应力或拉伸应力的作用下，分子链结构均会发生明显的取向行为。

目录

声明

第一章 绪论

1.1课题背景

1.2聚合物注塑成型简介

1.3聚乙烯力学性能简介

1.4聚乙烯共混技术的发展

1.5对聚乙烯结晶过程的研究方法

1.6本论文研究的问题和研究方法

第二章 聚合物结晶机理简介

2.1聚合物成核过程

2.2聚合物晶体生长简介

2.3在应力诱导下聚合物取向结晶

2.4本章小结

第三章 不同分子量聚乙烯诱导结晶研究

3.1试验方案设计

3.2试验部分

3.3性能测试

3.4结果与讨论

3.5本章小结

第四章 剪切应力诱导聚乙烯结晶的研究

4.1试验方案设计

4.2试验部分

4.3结果与讨论

4.4本章小结

第五章 聚合物受剪切和拉伸的计算机模拟

5.1模拟方法与系综选取

5.2剪切取向模拟

5.3拉伸模拟

5.4本章小结

第六章 全文总结与展望

6.1总结

6.2展望

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的学术论文