基于微纳层叠原理的聚氯乙烯高性能化制备及机理研究

摘要

聚氯乙烯(PVC)因具有来源广泛和综合性能优良的特点而在塑料行业占据重要地位，但是热稳定性、增塑剂迁移和力学性能方面存在的缺陷限制了PVC的推广。前人的研究只能实现PVC单方面性能的提升，并不能满足日益提高的使用需求。基于微纳层叠挤出技术，本文对聚氯乙烯宏观性能提升进行研究，主要从挤出塑化行为、微纳层叠效果和添加无机粒子对PVC高性能化样品进行探究，着重测试分析了增塑剂损失率、力学强度和热稳定性三大指标，并对聚氯乙烯的推广应用进行典例分析。本文的研究内容及结论如下:
　　(1)对高低聚合度下悬浮法PVC树脂基本性能、加工性能、力学性能和热稳定性的差异进行了研究，同时对比了各类稳定剂的热稳定性能，为PVC制品的专用料配置提供了基础数据。
　　(2)探究了微纳层叠加工过程中塑化效果和微纳层数对PVC材料的力学性能、增塑剂迁移率和热稳定性的影响，结果表明:转速一定时，温度提高，PVC结晶性能获得提升，拉伸强度增大;温度一定时，转速增加，PVC结晶性能有所下降，拉伸强度减小。随着微纳层数的增加，PVC的结晶性能获得提升，屈服强度、弹性模量、拉伸强度不断增加，断裂伸长率有所下降，热稳定性提高，增塑剂加热损失率和水抽出率不断降低。与1层PVC样品比较，729层PVC样品加热损失率降低61.9％，水抽出率降低46.4％，热失重降低30.8‰，纵向拉伸强度提升26％。
　　(3)基于微纳层叠挤出技术，制备PVC/nano-SiO2复合材料，能够有效提高nano-SiO2的均匀分散性，从而进一步提升PVC材料的性能。当加入nano-SiO2用量为3％时，加工性能和使用性能最佳，且相比于1层复合材料，729层复合材料试样加热损失率降低41.7％，水抽出率降低73％，热失重降低32.0‰，纵向拉伸强度提升了25.5％，界面作用最强。
　　(4)自主设计了一套“一分四”微纳层叠PVC高性能化挤出造粒中试线，并对扭转流道进行Polyflow模拟，提出流道最大熔体压力的函数方程，方程的提出对于PVC用挤出机的选型和压力传感器的使用提供重要的参考价值。
　　(5)基于微纳层叠挤出技术，探究了软质PVC粒料在吹塑成型和注塑成型以及硬质PVC粒料在热压成型的应用，对比结果表明，软质PVC产品仍可以保留力学性能的提升，而硬质PVC性能提升作用有限。

目录

声明

摘要

符号说明

第一章 绪论

1．1 概述

1．2 聚氯乙烯高性能化的研究进展

1．2．1 聚氯乙烯增强增韧研究

1．2．2 聚氯乙烯耐热改性研究

1．2．3 聚氯乙烯抑制增塑剂迁移研究

1．3 聚氯乙烯／纳米二氧化硅复合材料的研究

1．3．1 纳米二氧化硅

1．3．2 聚氯乙烯／纳米二氧化硅复合材料的制备与性能研究

1．4 微层挤出技术的发展

1．5 论文研究意义与内容

第二章 树脂及配方体系的性能研究

2．1 引言

2．2 配方研究试验

2．2．3 试验标准和方法

2．3 结果与分析

2．3．1 树脂的选择

2．3．2 稳定剂的选择

2．3．3 其他助剂的选择

2．4 本章小结

第三章 微层挤出高性能化PVC的结构与性能

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 主要原料

3．2．2 主要设备

3．2．3 样品制备

3．2．4 性能测试

3．3 结果与分析

3．3．1 塑化效果的影响

3．3．2 微纳层数的影响

3．4 本章小结

第四章 微层挤出PVC／nano-SiO2复合材料的结构与性能

4．1 引言

4．2 实验部分

4．2．1 主要原料

4．2．2 主要设备

4．2．3 样品制备

4．2．4 性能测试

4．3 结果与分析

4．3．1 流变性能

4．3．2 微观形态

4．3．3 热稳定性

4．3．4 增塑剂迁移

4．3．5 力学性能

4．4 本章小结

第五章 聚氯乙烯高性能化制备装置的设计与搭建

5．1 引言

5．2 挤出试验线的搭建

5．3 基于Polyflow的流道模拟分析

5．3．1 流道模型

5．3．2 方程模型

5．3．3 材料模型

5．4 本章小结

第六章 微层挤出高性能化PVC的应用初探

6．1 引言

6．2 软质PVC粒料的制备与应用

6．2．1 实验部分

6．2．2 结果与分析

6．3 硬质PVC粒料的制备与应用

6．3．1 实验部分

6．3．2 结果与分析

6．4 本章小结

第七章 结论与展望

7．1 结论

7．2 展望

参考文献

致谢

研究成果及发表的学术论文

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