利用超高速混合器制备纳米碳酸钙聚丙烯复合材料的分析

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1、嚣媸大学博士学癌论文利用超高速混合器制备纳米碳酸N／聚丙烯复合材料的研究(材料加工工程专藏)磺究生：王港指导教辩：黄锐教授聚合物复合材料的制备是实现其黼性能化豹重要途径之一。袋台物基纳米复台懿辩铂予练台往§§镶越结受久稻美注，特裂戆溶靛共混法稻备聚合锈蓦缎米复合材料由于工艺简便极具研究和商业价值。本论文针对熔融共混法制备聚合物／纳米茏机粒子复含材料中纳米花机粒子难分散的问题，根据“纳米粒子袭瑟舂限钝豫”撬理，铡耀垒行设诗豹越寒速混合嚣辩纳卷碳酸镑进行奏效豹袭面处理，带《得了高性能的聚丙烯陶I洙碳酸钙复合材料。对超高逮混合器的结梅、工艺设计及纳米碳酸钙在超高速混台嚣中的受力情况进行了

2、研究，并就纳米碳酸钙的表颇处理工艺对复合材料的力学性能、结晶及流变性能的影响避行了纲致分辑，主要结暴魏下：1．从纳米粒子团聚机理及高速混合器混合原理出发，自行设计了处理无机纳米材料用的超高速混含器，已获实用新型专利一项、申请发明专利一项。对超裹速混会嚣结撬及工慧参数，热浆跨与混合锅壁耀藏、上下浆时形式、浆时倾角、侧黩切刀、雾他喷嘴、叶轮转遽及切刀转运镣进行了设计绒选型。2．首次对高速混食器设计中的爨要参数～下浆叶最大回转半径与混合锅内壁间隙内的绒米粒子所受动态剪切遴纷了数学模拟。建立了闻涨中纳米粒子受力酶貔瑶穰鳌，并在貉壤穰鳌豹基磷上建立了初步靛数学模型。镑jc重其体请凝，对间隙内

3、纳米碳酸钙所髓最大剪切力进行了估算，计算出不同间隙、不同叶轮转速下纳米碳酸钙所受最大剪切力，黯合不同粒径纳米碳酸钙团聚强度的计算，隽怒裹邃滋合器夔转速设诤挺蕻壤豢。诗冀羹栗阕辍浚诗必0。5mm，褰速混会器转速4000r／min以上，即可满足粒衽70nm以上纳米碳酸钙磨蚀的要求。证冁纳米碳酸钙团聚体在超黼速混合器中有进行破碎及有效表面处理的可能性。为(『【I川大学博十学位论文处理粒径更小的纳米碳酸钙．超高速混合器转速设计为6000r／min，间隙为0．5mm。3．研究了高速混合器的放大问题，根据几何相似算法，对工业用超高速混合器的放大进行了讨论及计算，以其剪切与混合效果作为放大的依据

4、，在IOL试验机的基础上成功放大并靠4造了500L工业用超高速混合器。高速混合器的放大计算目前尚未见文献报道。4．在利用高速混合器处理纳米碳酸钙制备纳米碳酸钙／聚丙烯复合材料的研究中，发现新型超高速混合器(6000r／rain)比传统高速混合器(1000--2000r／min)能更有效地对纳米碳酸钙粒子进行表面处理。扫描电子显微镜(sEM)观察表明经超高速混合器处理的纳米碳酸钙即使添加量较高(35％左右)，在聚丙烯中大多数也能以原生纳米粒子状态分散，从而获得性能优异的纳米碳酸钙，聚丙烯复合材料，冲击强度较普通高速混合器制各的复合材料高150％，较纯聚丙烯高370％。经超高速混合器处

5、理后的纳米碳酸钙一般在聚丙烯中添加35wt％时，复合材料的冲击强度才达最大值，在保证复合材料力学性能的同时，添加量较以前文献中有大量提高。5．新型超高速混合器中采用剪切为主的周向流叶轮比传统的以混合为主的轴向流叶轮能更有效地对纳米碳酸钙进行表面处理，所制得复合材料冲击强度前者比后者最大可提高33％(添加35wt％)：而且采用同样的剪切型叶轮时较高转速(6000r／min)可比较低转速(3000r／rain)获得更好地处理效果。所制得复合材料冲击强度前者比后者最大可提高95％(添加35wt％)。说明纳米粒子的表面处理和分散需要较强的剪切力与较高的能量。6．研究表明，应用超高速混合器对

6、纳米碳酸钙进行表面处理时，与处理微米级填料不同，硬脂酸表面处理剂比含有较长有机键的钛酸酯、铝酸酯等偶联荆效果更好。说明纳米碳酸钙的表面处理机理己与普通填料不同，表面处理剂不再发挥界面粘接的作用，其主要作用已变为适当降低纳米粒子的表面活性，防止其在聚合物基体中的团聚。利用超高速混合器对纳米碳酸钙进行表面处理时，表面处理剂的用量也非常重要，处理微米级填料的单分子层理论计算处理剂用量的方法也不再适用。表面处理剂较合适用量经实验确定为4wt％左右，此用量可较好地解决纳米碳酸钙良好分散与保持其高表面活性之间的矛盾。且型型查兰苎：!兰竺堡兰一————在此添加量下，不可能对纳米粒子表面形成分子层

7、包覆，因此与微米级粒子的表面处理已有本质的区别。通过表面处理剂种类、用量对纳米碳酸钙，复合材料力学性能及纳米碳酸钙分散形态影响的研究，初步验证了“纳米粒子表面有限钝化机理”。7．纳米碳酸钙的加入对纳米碳酸钙／聚丙烯复合材料的冲击性能影响显著，纳米碳酸钙经过超高速混合器较好的表面处理，复合材料的冲击强度可提高4倍以上，对不同粒径的纳米碳酸钙，粒径越小，增韧效果越明显。但对复合材料的增强效果影响不明显，在纳米碳酸钙加入量较少时(10wt％以下)，拉伸强度略有提高，最多可提