新型强剪切分散混炼器对纳米粒子分散和共混物结构与性能的影响

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1、四川大学硕士学位论文993775新型强剪切分散混炼器对纳米粒子分散和共混物结构与性能的影响材料加工工程专业研究生：李代叙指导教师：申开智教授摘要塑化过程作为高聚物加工中一个必不可少的环节，其塑化质量对产品的性能至关重要。在此基础上，本课题组研制了一套新型高效混炼设备，它结合了传统的磨盘和动静齿圈混炼器的优点；磨盘元件对物料起强剪切混炼作用，齿盘元件对物料起分散作用。混炼器磨盘元件的熔体流动槽不同于传统的磨盘直线槽，而是采用了阿基米德螺线式的流动槽，它能给物料以较大的推动力，而不至于在磨盘中停留时间太长。物料在分散齿盘中通过多次分流、汇合，改变流动方向从而对熔体温度进行均化，同时也促进填

2、充、共混的物料混合均匀。本文采用此强剪切分散混炼器，研究了纯PP(F401)、纯PP(K8303)、纯HDPF．(5000S)、纯m-LLDPE以及PP(KS303)／HDPE(5000S)、PP(K8303)／HMWPE(DYDll58)、PP(K1008)／HDPE(5000s)、m-LLDPE／HDPE(5000S)共混物的力学性能，结合SEM、WAXD等测试结果，讨论了混炼器对聚合物材料力学性能和微观结构的影响。同时探讨了加入抗氧剂的纯PP(F401)、纯HDPE(5000S)的力学性能和纳米粒子在聚合物中的分散性。通过实验，可以得出以下结论：1．PP(F400在没有加抗氧剂的

3、情况下，经混炼器的冲击强度比未经混炼器的最高减少达27．3％；而在加有抗氧剂的PP中，混炼器转速为5r／min时冲击性能比没有加抗氧剂的未经混炼器的增加了45．5％。在没有加抗氧剂的环境中，HDPE(5000S)经混炼器后的冲击强度明显地降低，减小了34％；而加有抗氧剂时，I-IDPE经混炼器混炼后的冲击强度不但没有降低，反而都有所上升，经混炼器的冲击强度比没有加入抗氧剂的未经混炼器HDPE的冲击强度也提高了四川大学硕士学位论文42．9％。不论是否加入了抗氧剂，混炼器转速对PP(F401)、HDPE(5000S)的拉伸性能影响不大。说明了聚合物在混炼器中有降解和交联，加入抗氧剂可以减少

4、降解、增加交联，从而提高聚合物的力学性能。2．从经混炼器前后填充在PP和HDPE体系中的纳米碳酸钙粒子的分散性差异来看，混炼器可以十分明显在提高纳米粒子在PP(F401)和HDPE(5000S)中的分散性。3．在HDPE含量为20％、混炼器转速为40r／min时，PP(K8303)／HDPE共混体系的冲击强度比未经混炼器混炼的纯PP试样提高了9％，比未经混炼器混炼的纯HDPE试样增加了58％；从SEM、WAXD等测试结果看出，混炼器可以提高共混物的分散性，从而提高共混物的冲击性能。而PP(K8303)／HDPE共混体系的拉伸强度变化不大。4．混炼器的转速对PP(K8303)／HMWPE

5、共混体系的冲击强度影响不大，但都明显高于各混炼器转速下和未经混炼器混炼的纯PP的冲击强度。在HMWPE含量为25％、混炼器转速为lOr／min的PP／HMWPE共混体系的冲击强度比未经混炼器混炼的纯PP提高了33．7％；当HMWPE含量为40％、混炼器转速为5r／min时，PPMWPE共混物的拉伸强度比未经混炼器混炼的纯PP(K8303)提高了15．2％。从SEM、WAXD等测试结果可以看出，共混体系的结构是海．岛结构，两组份各自在自己的本体中结晶，不能形成共晶，且两者会相互干涉，通过混炼器的混炼作用提高了共混物中分散相的分散程度和减小分散相的尺寸，所以共混物的性能得到提高，通过混炼器

6、转速和共混物组成可以得到既增强又增韧的材料。5．PP(K1008)／I-IDPE共混体系，当HDPE含量为5％、混炼器转速在5r／rain时，冲击强度比未经混炼器的纯PP(1【1008)提高了50％；在我们实验范围内，HDPE的含量和混炼器的转速似乎都对体系的拉伸性能没有什么影响。SEM、WAXD等的颚4试结果表明，PP与HDPE共混后，形成了海．岛结构，混炼器提高了共混物中分散相的分散程度和减小分散相的尺寸，这可能是提高PP试样冲击性能的原因。6．混炼器转速为5r／rain时，纯m-LLDPE的拉伸强度和冲击强度都提高了，冲击强度比未经混炼器的提高了17．5％，同时拉伸强度比未经混炼

7、器的提高了131．6％。说明了本课题组研制的混炼器可实现m-LLDPE自增强和增韧。Ⅱ四川大学硕士学位论文7．HDPE／m．LLDPE共混物，在混炼器转速为5r／mia、HDPE质量百分含量为40％时的冲击强度比未经混炼器混炼的HDPE,(41．9KJ／m2)增加了96．2％，比未经混炼器混炼的m-LLDPE(64．7Ⅺ／m2)增加了27％，在混炼器转速为5r／min、HDPE质量百分含量为40％的HDPE／m-LLDPE共混物的拉伸强度比未经