振动力场强化epdmpp体系相形态研究

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1、摘要电磁动态成型加工可以实现对反应性和非反应性不相容聚合物共混体系相形态的有效控制，能够很好地实现动态硫化EPDM／PP等热塑性弹性体在加工过程中的相态反转和相态尺寸的细化与均布。因此，开展振动力场强化EPDM／PP体系相形态控制机理研究，具有重要的理论意义和工程意义。本文建立了振动力场作用下简单剪切流动和同轴圆柱环隙流动中聚合物熔体的速度、剪切速率和剪切应力的计算公式，通过对动态流场的理论计算与分析，获得了熔体速度、剪切速率和剪切应力的变化规律，揭示了振动力场对聚合物成型加工的影响及其机理，表明振动力场对

2、于提高聚合物成型加工的综合性能具有显著效果，为聚合物电磁动态成型加工理论及不相容聚合物共混体系相形态的深入研究奠定了基础。通过对不相容聚合物共混体系单胞模型的建立，首次提出适于对反应性和非反应性不相容聚合物共混体系进行相形态研究的能量比模型概念。对于简单剪切流动推导出共混体系能耗速率的计算公式和共混体系相形态判断的能量比计算公式，其中涉及分散相的相态尺寸和流场强度的理论计算公式推导，以及考虑硫化反应动力学问题的本构方程表征和振动强度的引入，并进行了理论计算与结果分析，从理论上解决了判断多相多组分共混体系相形

3、态问题，而且可以通过控制共混物的结构参数和材料性能以及加工条件，实现获得最终所需不相容聚合物共混体系相形态的目的。基于电磁动态成型加工理论，自行设计研制了一台振动混合反应器，可以将振动力场引入聚合物加工全过程。整个实验装置由振动混合反应器、温度控制系统、传动系统、激振控制系统、温度压力及振动参数测量分析系统构成，具有结构简单、剪切速率大、振动幅值和振动频率调整范围宽、适用性广的特点，可以对反应性或非反应性的多相多组分聚合物共混体系进行加工与实验研究和理论分析，从而为电磁动态反应成型加工装置的优化设计提供实验

4、数据和科学依据。针对振动混合反应器的具体结构，通过将同轴圆柱环隙流动简化为平面运动流动，建立了反应性和非反应性聚合物共混体系能耗速率的计算公式，从而可以基于能量比模型的概念对聚合物共混体系进行相形态研究。理论计算结果与分析表明，不相容聚合物共混体系的相形态受到流场强度、共混物的组分、黏度比、界面张力、材料的流变性能、相态尺寸、硫化反应程度等诸多因素的影响，特别是改变振动强度可以有效地实现对不相容聚合物共混体系相形态的控制。通过对EPDM／PP共混物试样的TEM照片进行观察分析，证明了能量比模型及其相形态理论

5、与实验结果具有较好的一致性和实用性。由于振动力场参数的可控性，为EPDM／PP体系相态反转的实现提供了更为有效的控制手段。振动力场的引入对决定EPDM／PP体系相态反转的诸因素产生了深刻影响，对不相容聚合物共混体系相形态及其控制具有积极作用。利用研制的新型实验装置，对稳态与动态条件下动态硫化EPDM／PP热塑性弹性体的宏观力学性能和微观形态结构进行了研究，探讨了振动力场对不相容聚合物共混体系相形态的影响和强化作用机理。通过对稳态和动态实验结果的分析，进一步揭示了电磁动态硫化反应成型加工装置的优异性能，获得了

6、制备动态硫化EPDM／PP热塑性弹性体的合理工艺条件与参数。随着振动频率或振动振幅的增加，TPE的拉伸强度、100％定伸应力和扯断伸长率在一定范围内得到不同程度的提高，邵氏A型硬度减小，有利于制备低硬度TPE。动态硫化EPDM／PP共混物的拉伸强度、100％定伸应力和邵氏A型硬度随着橡塑质量比的增加而减小，扯断伸长率则相反，动态条件下制备的TPE力学性能比稳态时的好。通过对所加工试样进行SEM、DSC、X射线衍射、TGA和FT．IR测试分析表明，振动力场可以使表面能很高的团聚在一起的EPDM颗粒破碎，均匀地

7、分散混合在PP基体中，橡胶相平均粒径减小，在塑料基体中的分散均匀性提高，即使橡塑质量比高也能产生橡胶颗粒分散于塑料基体中的“海．岛”结构形态。振动力场的引入可以提高动态硫化EPDM／PP共混物的融熔温度和制品的耐热性能，增强共混物各组分大分子链的活动能力和相互渗透与缠结，两相互穿作用的界面面积增大，有效提高了EPDM与PP两相界面间的相容性，TPE中结晶组分PP的结晶度降低。通过对振动参数的合理选择，可以实现动态硫化反应、混合分散及反应产物性能与结构的过程控制，在较大范围内获得综合性能优异的TPE制品。关键

8、词振动力场；能量比；相形态；相态反转；动态硫化IIABSTRACTElectromagneticdynamicprocessingcancontrolphasemorphologyofreactiveandnon-reactiveimmisciblepolymerblendseffectively,andmakedynamicallyvulcanizedEPDM／PPthermoplasticelastomerr