pcpe共混物加工过程中的形态演变与控制及其结构与性能关系

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1、四川大学博士学位论文PC／PE共混物加工过程中的形态演变与控制及其结构与性能关系摘要材料加工工程专业博士生：尹波指导老师：杨鸣波教授以聚乙烯(PE)和聚丙烯(PP)为主的通用塑料高性能化是当前及以后高分子材料科学与工程领域的研究热点和重点，聚烯烃与工程塑料(如聚碳酸酯等)共混是提高聚烯烃性能的一个重要途径。本论文将聚碳酸酯(PC)与聚乙烯共混，并通过形态设计与控制实现聚乙烯性能的改善。在实现PC／PE共混物形态设计与控制及其性能提高的过程中主要存在两个问题需要解决，一为共混物相形态的控制，二为聚

2、乙烯与聚碳酸酯两相阃界面作用的提高。共混物形态是影响材料性能的关键因素之一，为获得高性能的聚乙烯共混物材料，必须对Pc伊E共混物在混合和成型过程中的形态演变规律进行研究，并能达到对形态的控制和预测。对于PC／PE极不相容体系，界面作用弱，界面往往是材料发生破坏的薄弱点，因此必须对PC／PE体系进行增容，以获得良好的界面作用，同时增容作用也有利于共混物形态的控制。本论文通过双螺杆挤出混合和注射成型获得共混物试样，研究了PC／PE共混物在混合和成型过程中的形态演变与控制，以及外场作用和反应增容等因素

3、共混物形态、结构和性能的影响。主要研究内容和结果如下：1)PC／PE共混物在双螺杆挤出过程中的形态演变规律研究了PC／PE共混物在双螺杆挤出过程中沿螺杆轴向不同位置的分散相形态，建立了PC／PE共混物在混合过程初期的形态演变模型。结果表明，PC分散相在从毫米尺度的颗粒演变为微米尺度的多样化形态的过程中，经历片层状、!曼!要茎堡望塑三垄堡!塑兰查塑壅兰丝型墨基堕塑皇丝丝差墨纤维状和粒子状结构的发展过程。Pc分散相的软化变形是混合初期分散相尺寸降低和形态改变的主要原因，在混合初期，PC分散相的破碎过

4、程占主导，可忽略聚集作用的影响。‘研究了混合温度、两相粘度比、螺杆转速和螺杆组合等因素对分散相形态演变的影响规律。发现在PC临界流动温度以上进行了混合，PC分散相经过初期的软化变形阶段后，在混合的中后期以液滴的形式继续变形破碎，同时发生聚集；而在PC临界流动温度以下进行混合，PC分散相始终以软化变形的机理进行形态的演变，特别是在混合中后期，分散相尺寸不再下降，且形态不规则。分散相粘度越低，越接近于基体粘度，其由毫米尺度转化为微米尺度的过程越快，尺寸下降也较高粘度分散相明显；但在混合的中后期，低粘

5、度分散相易变形、易聚集，导致分散相产生了一定取向的有序结构，同时聚集作用会导致混合后期分散相尺寸增加。螺杆转速提高，剪切作用将增强，因此分散相由毫米尺度转化为微米尺度的过程加快，最终得到的共混物分散相尺寸降低。混合初期的捏合区构造对分散相形态和尺寸的影响较大，在这一区域主要以分散相破碎为主，故加强剪切作用，可改善混合效果；在混合的中期，加强剪切作用，可改变分散相由毫米尺度转化为微米尺度的机制，获得特殊的有序结构，同时降低分散相尺寸；在混合后期，捏合区的调控可加强或减弱聚集作用的发生，从而平衡分散

6、相的破碎和聚集过程。2)PC与EAA的大分子反应及其对PC／PE共混物形态和性能的影响通过核磁共振氢谱表征了Pc旭AA共混物在催化作用下的反应产物。结果表明，Pc与EAA在熔体混合过程中发生了酸．酯交换反应，生成了PC，g-EAA共聚物。DBTO是该反应的有效催化剂。该反应受共混物组成、催化剂用量和混合时间的影响。PC-g．EAA的生成提高了PC／EAA体系的粘度。DSC分析发现，在PC／E从两相体系中，PC与EAA的反应提高了PC分子链与EAA分子链的相互作用，限制了EAA分子链的运动能力，从

7、而导致EAA结晶度的降低。在PC／PE／EAA体系中，通过EAA的反应增容，相间的相互作用提高，PE的结晶过程受到阻碍，降低了PE相的结晶度。动态机械分析的结果也证明了PE结晶度和晶体完善程度的下降，导致Ⅱ松弛温度向低温方向偏移。EAA的加入和反应生成的PC．g-EAA共聚物降低了共混体系的表面张力，导致PC分散相粒子的尺寸降低。通过动态流变分析发现EAA反应增容PC／PEn婴型查兰堡主兰堡笙茎体系的粘弹行为发生了改变，由于PC-g．EAA接枝共聚物的生成，增强了PC相与PE相的相互作用，导致催

8、化体系的动态弹性模量、粘性模量和复数粘度上升。结果表明Pc与EAA间的反应产物PC．g-EAA共聚物有助于改善两相界面作用，相界面的改善对在成型过程中获得分散相的形态控制有重要意义。3)PC／PE／EAA共混物在混合和成型过程中的形态控制对PC／PE／EAA共混物在双螺杆混合和注射成型过程中的形态进行了研究，并利用混合过程中的剪切与停留作用及其注塑过程中的剪切变化实现了对PC／PE／EAA共混物的形态控制。结果表明，在双螺杆挤出过程中，增加螺杆转速，将加强了剪切作用，同时也降低了停留作用，因此螺