聚合物在振动场中挤出成型时的流变行为和产品结构与性能的研究

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1、四川大学博士学位论文聚合物在振动场中挤出成型时的流变行为和产品结构与性能的研究材料加工工程专业研究生：高雪芹指导教师：申开智教授在聚合物成型加工过程中，成型加工条件能影响聚合物的形态，而形态决定了制品的宏观性能，我们通过在挤出成型过程中加入振动场来控制聚合物的形态，充分挖掘聚合物材料的内在潜力，从而赋予制品预期的性能，适应更广泛的应用领域。根据研究需要我们自行研制了一套转阀式振动挤出装置，该振动挤出装置的振动频率较高，在0．'-93．3Hz连续可调，振幅调节方便，在0-30ram连续可调，振动装置采用液压系统，由于液压振动强度较高，在挤出成型过程中加入液压振动可使聚合物熔体受到高压贯穿式振动

2、场的作用，使振动场对聚合物熔体的作用大大增强，装置的设计方案为原创性思维，目前国内外均没有类似装置。该装置不需要特殊的成型工艺条件，可控制试样的凝聚态结构、提高其性能，具有很强的实用性和工业化前景。我们利用振动挤出装置研究了聚合物在振动场中挤出成型时的流变行为，关于振动场对聚合物加工流变行为的研究已有很多报道，但是在挤出成型加工过程中引入中频(O～100Hz)液压振动场并研究振动参数对聚合物熔体流变行为影响的工作则未见报道。研究表明振动场对聚合物的流变性能影响效果非常明显，聚合物熔体在振动场作用下挤出特性得到改善，表观粘度降低，随着振动频率的增加，表观粘度先下降至最低值，然后出现回升趋势，回

3、升到一定程度后基本上保持不变，即使在回升后表观粘度还是低于未施加振动时的表观粘度值。振动场使挤出口模压力降低、挤出流率升高，在口模压力保持不变的情况下聚合物熔体的挤出流率在振动场的作用下有明显提高。在振动场作用下挤四川大学博士学位论文出的片材试样出模膨胀比减小。聚合物熔体在振动场中的表观粘度变化与振幅、挤出机螺杆转速和口模温度有关，振幅越大，振动场对聚合物熔体的表观粘度影响就越大；螺杆转速越大，振动场对聚合物熔体的表观粘度影响就越小；口模温度存在一最佳温度区间，在这个温度区间内振动场对表观粘度的影响最大。振动参数对聚合物表观粘度影响因材料而异，对于本论文研究的四种材料，对表观粘度的影响程度由

4、大到小依次为：PS、HDPE、PP、LDPE。利用振动挤出装置我们还研究了聚合物在振动场中挤出成型时所得到的挤出片材试样结构与性能的变化。对于HDPE6100M振动挤出试样的研究表明，HDPE6100M挤出试样的力学性能在振动场作用的影响下有一定提高，振动挤出试样的纵向屈服强度均大于未振动试样，在150"C纵向屈服强度最大可提高11．5％。低温下振动挤出试样的纵向屈服强度高于较高温度下挤出的振动试样纵向屈服强度。现有报道中关于振动挤出对制品性能影响的研究一般都只进行了沿挤出方向制品单向性能提高的研究，我们为了不仅可以做纵向性能测试还可以对横向性能进行力学性能测试，设计了宽度较大的狭缝口模，实

5、验研究表明，振动挤出试样不仅纵向屈服强度得到提高，横向屈服强度也有所提高，在150℃横向屈服强度可提高6．9％。SEM、DSC和WAXD测试结果表明，HDPE6100M振动挤出试样的晶粒细化，分子链发生取向，试样内部结晶尺寸更为均一，结晶度提高。总的来说，振动场对HDPE6100M有增强作用。对于HDPE6100M／1158振动挤出试样的研究表明，在普通分子量的高密度聚乙烯中加入少量(4％)高分子量的HDPE1158时振动场对HDPE6100M／1158挤出试样性能的改善作用大大提高，在不同的工艺条件下振动挤出试样的纵向屈服强度相对于未振动试样都有明显提高，并且断裂伸长率也有所提高。振幅为l

6、mm时，不同振动频率下的挤出试样纵向屈服强度最大可提高27．9％，断裂伸长率最大可提高63．52％。振幅为2mm时，屈服强度提高12．3％，断裂伸长率提高53．77％。振动挤出试样横向屈服强度相比未振动试样的横向屈服强度也有所提高，振幅为Imm的振动试样横向屈服强度最大可提高32．5％，而振幅为2ram的振动试样横向屈服强度最大可提高16．5％。WAXD、SEM和DSC测试结果表明，振动试样微晶尺寸减小，晶粒细化，晶体沿挤出方向发生取向，结晶度提高，结晶尺寸更为均一。由于剪切诱导结晶作用，振动场对HDPEBLOOM／i158挤出试样性能的改善作用远远大于对纯HDPE6100M试样性能的改善。

7、lI四川大学博士学位论文对于PPF401振动挤出试样的研究表明，在不同的振动频率下，振动挤出的试样纵向屈服强度均大于未振动试样，在160"C纵向屈服强度最大可提高9．12％，横向屈服强度略有提高。另外，振幅对振动挤出试样屈服强度也有影响，不同振幅下振动挤出的试样纵向屈服强度均高于未振动试样。SEM、DSC和WAXD测试结果表明，在适当的振动条件下振动挤出的iPP试样中有少量B晶生成，晶粒细化，结晶度提高，在大