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1、·18·世界橡胶工业2004聚合物和纳米材料共混专用的新型微型混炼机李利(青岛科技大学机电工程学院,山东青岛266042)编译摘要:该文介绍了一种聚合物和纳米复合材料共混的新型微型混炼机。这种混炼机配备了一个独特的不对称转子,它可以在一个圆筒型的空间内旋转,从而实现对物料的拉伸和高剪切混合。文中通过与密炼机和MiniMAX模型机的比较,评价了这种混炼机的工作性能。即,用这几种混炼机分别对不混溶高分子共混物和用蒸馏法获得的纳米碳纤维进行了共混,研究它们在形态上的差异。结果表明,这种新型的微型混炼机较之其
2、它类型混炼机,具有更优良的分散和分布效果。关键词:混炼;聚合物共混;纳米材料;形态+中图分类号:TQ330.43文献标识码:B文章编号:167128232(2004)11200182041引言2实验随着高分子共混物和纳米复合材料的迅速该混炼机转子是应用ProöEngineer软件发展,迫切需要一种针对新材料研究使用的实设计的,此软件是由马萨诸赛州的PTC公司开验室用混合设备。这是因为最初阶段在实验室发的一种高端三维CAD软件。里获得的产量很低或者材料本身很昂贵,许多高分子共混物材料由聚苯乙烯(PS)(
3、Sty2新型材料的获取只能以“g”为单位来计量。所ron666D,DowChemical公司,MW=200,000)以,必然要求混炼机要相当小,它既能加工这些和聚丙烯(PP)(PP3050,ElfAtochem公司,微量的材料,同时又可以建立一种必要的流动MW=60,000),其质量比例为PS占80%,PP模型,以便获得分散良好和分布均匀的结构。几占20%。在纳米级聚合物中,用气相法制得的种容量在1g～10g范围内的小型混炼机已经实纳米碳纤维(VGCF)占总质量的2%,其基质是[1]现了工业化生产,例
4、如MiniMAX模型机和PS。在这里采用了PR224PS表面清洁等级。纳再循环螺杆混炼机2(RSM)就属于这一类。而现米材料在表面的分布为53mög,其直径为有的大多数小型混炼机的混炼效果都不甚理60nm,长径比的范围从50到100以上。想,因为它们没有必要的能形成拉伸流动的结共混物和纳米复合材料在200°C的高温下构来产生分散流或形成充分的重新取向。一些分别用MiniMAX模型机、Haake600密炼机小规模的混炼机通常要求有相对较高的容量和新型微型混炼机以不同转速进行了混炼。混(5ml以上),但这
5、很难同时实现。小型挤出机炼结束后,高分子共混物试样在液氮内急速冷(如RSM)自身所固有的缺点是:再循环流动是却。这一过程必须在停止混炼,打开机器后的从一个均匀的流道内通过的,这样会引起填料10s内完成。的重新聚集或聚合物微粒的凝聚,从而阻碍分两种类型试样分别用SEM系统(Hitchis2散。2700扫描电子显微镜)检测共冷冻的断裂表面一种用于分散混合高分子共混物和纳米级以及从基质中有选择地抽取的分散相粒子的尺复合材料的新型微型混炼机应运而生。人们将寸。SEM图像通过PGT2Imix系统获取。试样这种混
6、炼机的性能与密炼机和MiniMAX模型表面首先用蒸馏法覆盖上碳纤维,然后镀上一机的有关性能进行了对比研究。层大约120~厚的薄金粉。在每个样品中至少含第31卷第11期聚合物和纳米材料共混专用的新型微型混炼机·19·有200个粒子的条件下,用SigmascanPro径可变,具有非对称的几何形状,如图2所示。4.01软件来分析图像。此软件由美国芝加哥SPSS科研所开发。3混炼机的设计这种新型微型混炼机的试验样机叫“非对称微型混炼机”,如图1所示。胶杯的内径为13mm,高度为25mm。加热套和热电偶能确保其
7、具有稳定的温度。25mm长的转子被安装在这图1非对称微型混炼机试验样机一腔室中。这有些类似于密炼机转子,但是它的直图2非对称微型混炼机转子剖面图在图3中,高聚物被加入到已预热的胶杯在标准间歇式密炼机内的两个转子间的运动情内,几秒钟后,胶料熔融,转子下降到胶杯底部,况。间隙大,虽可混合更多物料,但间隙小,则能致使已熔融的胶料向上流动,布满转子与筒形够产生适合高效混合的高剪切区。不同的间隙,胶杯之间的空间。打开电源,转子按预定的转速结合可变的转速,能获得高达500rös的剪切速旋转,混炼过程开始。转子突棱
8、与杯体内壁间的率。此外,拉伸流动和重新取向同时进行。间隙发生变化(如图2中的截面图所示),这样非对称微型混炼机的优点是:1)最大限度能够使胶料被挤压、拉伸和捏合,类似于胶料地减少了材料浪费;2)可有效进行多相混合;3)设计简单,安装及拆卸方便,容易清洗。4结果与讨论为了研究非对称微型混炼机的混合性能,将不相溶的PSöPP和VGCFöPS纳米复合材料在不同的混炼时间和转速条件下,用微型混炼机进行混炼。通过这种研究来优化混炼工艺条件。通过与其他类型混炼机,如
