三螺杆动态塑化混炼加工pp-硅灰石

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1、作者：何和智，付金修，陈哲，方望来(华南理工大学聚合物新型成型装备国家工程研究中心，聚合物成型加工工程教育部重点实验室，广东广州510640)   摘要：硅灰石填充PP经三螺杆动态塑化混炼加工后，将粒料制成试样并进行力学性能测试和扫描电镜断面分析。实验研究了不同振动参数对PP／硅灰石力学性能和断面微观结构的影响。结果表明，与稳态相比，动态(引入振动)加工条件下试样的冲击强度、拉伸强度、断裂伸长率和弯曲强度均有显著提高，最大分别提高了10．7％、10.2％、5l.3％和18.6％；对在振动频率f=10Hz、振幅A=105μm动态塑化混炼加工条件下试样的扫描

2、电镜断面分析表明，PP／硅灰石材料中硅灰石的粒径变小并趋一致，分散分布均一，与PP结合界面得到加强。   关键词：三螺杆挤出机；动态塑化混炼；硅灰石；聚丙烯；力学性能     PP因脆性高、耐冲击性能差、成型收缩率大、易翘曲变形、亲水性能、黏结性以及与无机填料的相容性均较差等原因大大限制了其进一步的推广应用。为此，国内外对PP的增韧增强改性进行了广泛而深入的研究，并取得了一系列的成果。   硅灰石是一种偏硅酸钙矿物原料，通常为针状、球状、纤维状的集合体。硅灰石填充树脂后，可使树脂的刚性、耐热性提高，尺寸稳定性提高，成型收缩率降低，能有效提高其力学性能，起

3、到增韧、增强的双重作用，可作为价格较高的玻璃纤维、碳纤维及危害人体健康的石棉等填料的替代品。我国硅灰石矿藏资源丰富，应用前景广泛。   聚合物复合材料的性能不仅受制于体系中各组分的性能，而且决定于多相体系中各相的分散分布和相界而结合情况。相与相之间互相影响，若两相之间的界面作用薄弱，则力学性能差，实用价值降低。目前国内外对硅灰石填充树脂材料作了大量研究，大部分是采用改性偶联剂增强相界面的办法，而通过改善共混加工条件和提高混合效率的研究很少.瞿金平等研制开发了新型聚合物动态三螺杆挤出机,在塑化混炼加工全过程引入振动,改变传统的高分子材料纯剪切稳态塑化、输送

4、机理为振动剪切动态塑化、输送机理，使成型加工过程及过程参数发生周期性变化。这种加工制备与成型技术对于制备聚合物共混及复合材料具有明显优势。图1为三螺杆动态塑化混炼挤出机的结构示意图。3根螺杆直径、旋向和螺纹元件组合方式完全相同，整体成“一”字形水平排布。工作时，在转动的中间螺杆上施加轴向振动，从而使3根螺杆之间的轴向齿间间隙实现周期性变化，不断对流场产生挤压和释放。由于物料在输送过程中受到复杂剪切作用的同时也受到周期性脉动积压研磨作用，这加强了相间的传质与传热，促进了聚合物大分子的流动，使整个塑化混炼系统对物料进行强制动态输送、塑化混炼、排气和挤出成型，

5、从而加强了熔体的混合混炼效果，从而达到了强化分散混合的目的，熔融和混炼得到加强。      1实验部分     1．1主要原料   改性硅灰石粉，平均长度47．4μm，粒径5.7μm，长径比8，围邦(连州)微纳塑化有限公司；     PP，N-MPIHM-160，熔体流动速率18.85g／10min，密度0．895g／cm3，中国石油化工股份有限公司茂名分公司。     1．2主要设备与仪器    电涡流位移传感前置器，CWY-DO-20Q05-50SL，广州精信仪表电器有限公司；   轴振动监测器，XS／A-1，广州精信仪表电器有限公司；   台式电子

6、万能材料实验机，5566，美国Instron公司：   摆锤冲击实验机，POE2000，美国Instron公司；   扫描电子显微镜(SEM)，XL30，荷兰Philips公司；   动态三螺秆挤出机，螺杆直径50mm，长径比40，华南理工大学聚合物新型成型装备国家工程研究中心；   传统注塑机，DPⅡ-90，广州市华新科机械有限公司。     1．3试样制备   按20％(质量分数，下同)的填充比例配好硅灰石和PP原料，放人搅拌机中搅拌10min。设定动态三螺杆挤出机各段温度、螺杆转速和喂料速度，通过调节振动频率和振幅，挤出造粒。然后将PP／硅灰石粒料

7、干燥后注射成型制得标准试样。将制得的标准试样置于(23±2)℃的空调房内放置24h，再进行力学性能测试。最后对挤出粒料和注塑样品的液氮脆断截面进行SEM分析，分析PP／硅灰石微观相态结构的情况。     1.4性能测试与结构表征   拉伸强度、弯曲强度测试：按GB／T1040-92测试材料的拉伸性能，按GB／T9341-2000测试材料的弯曲性能。常温下测定片、条、丝材料的拉伸、压缩、弯曲等性能；   冲击强度测试：常温下按GB／T1843—1996测试材料的冲击强度；     SEM分析：将试样在液氮中脆断，然后对其断面进行喷金处理，用扫描电子显微镜观

8、察其断面形貌结构，放大200倍、300倍和1500倍拍照。     2结果与讨论