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《双转子连续混炼挤出机转子结构对聚丙烯多壁碳.doc》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、高考双转子连续混炼挤出机转子结构对聚丙烯/多壁碳纳米管复合材料性能的影响林雨航,谢林生,马玉录,于文俊,吴平,李果(华东理工大学绿色高效过程装备与节能教育部工程研究中心,某某200237)摘要:双转子连续混炼挤出机转子结构对制备的复合材料性能有较大影响。文中运用2种不同结构的转子,通过母粒熔融共混方法制备了聚丙烯/多壁碳纳米管导电复合材料,并对其微观结构、流变学、导电性、力学性能进行了测试,研究了转子结构对复合材料性能的影响。结果表明,低转速下混沌转子的分散和分布混合能力均高于经典转子;采用混沌转子制备的复合材料性能更优;其导电渗流阈值低至0.4%,体积电阻率低至10
2、5Ω·cm量级,拉伸强度达到26.52MPa,弯曲模量达到1544.85MPa,冲击韧性达到23.98kJ/m2,断裂伸长率在16.14%以上。关键词:转子结构;聚丙烯;多壁碳纳米管;导电性;力学性能聚丙烯(PP)是较为常见的一种通用塑料,具有密度小、比强度高、易加工等特性。但PP本身不导电且力学性能不够突出,从而限制了其进一步的应用。碳纳米管以其优异的电性能、力学性能等成为当下热门的无机纳米改性填料。因此,通过多壁碳纳米管(MWNT)的填充对PP进行改性成为提升其物理化学性能的有效方法,从而获得力学性能优异的抗静电和导电复合材料,在电子封装、电磁防护、新型电池等领域
3、都有广泛的应用。由于PP与MWNT不相容,且MWNT间存在强大的X德华力,加之巨大的比表面积和长径比,使其在PP基体中极易形成缠绕或团聚。因此,改善MWNT在PP基体中的分散性已成为提高PP/MWNT复合材料性能的关键。传统的方法是通过加入相容剂,提高PP基体与MWNT分散相之间的结合力,减少MWNT高考的团聚。然而这种改性方法对复合材料配方要求较高,同时引入了大量小分子挥发物,不仅对环境不友好,而且提高了工业生产的成本。因此,本文在双转子连续混炼挤出机中引入混沌型转子,在不添加相容剂的条件下,实现对加工过程中MWNT的有效分散,制备出力学性能优异的高导电PP/MWN
4、T复合材料,给出外场作用对PP/MWNT复合材料加工过程的影响规律,为工业化制备高性能纳米复合材料提供了一种思路,有重要的应用价值。1实验部分1.1实验材料PP:韩国SKBX3920,MFI为100g/10min,相对分子质量约100000;PP:埃克森美孚7684KN,MIF为20g/10min,相对分子质量约150000;MWNT:TNIM1,长度10~30μm,中国科学院某某有机化学某某;抗氧剂:1010;抗氧剂:168。1.2实验设备和仪器双转子高效连续混炼挤出机:课题组自制;三维混合器:GH-5,某某振春粉体设备某某;万能材料试验仪:RGM-4050,某某瑞
5、格尔拉伸试验机某某;平板硫化机:YI-LH102A,某某市仪通设备检测某某;PC68型数字高阻计:某某精密科学仪器某某;扫描电子显微镜(SEM):JSM-6360LV,日本电子公司;旋转流变仪:BohlinGromini&CVO,英国马尔文公司。1.3样品制备方案采用母粒熔融共混法制备PP/MWNT复合材料,转子转速分别为300r/min、400r/min、500r/min、600r/min和700r/min,制样并测试材料的导电性能和力学性能。Tab.1为实验配方,母粒制备阶段采用高熔指PP-BX3920制备MWNT含量为10%的PP/MWNT母粒,达到对MWNT的
6、预包覆效果,再用低熔指PP-7684KN进行稀释到所需的MWNT比例,以优化混合效果。高考2结果与讨论2.1不同结构转子的混炼特性Fig.1展示了经典转子(a)和混沌转子(b)的结构。2种转子最大的区别在于混沌转子相比于经典转子,在前后2组螺棱交汇位置并不连续,以一定的角度相互错开,对料流具有切割和分流的作用,可以扰乱混炼腔内料流的流动,有利于物料组分的均化和热量的传递,同时使料流在经过错裂位置时产生强烈的拉伸、折叠、返混,有助于物料分散,提高了混合效果。并且经典转子的横截面形状为椭圆形,而混沌转子为椭圆楔形,横截面积减小,提高了腔体内自由混炼的体积和熔体的停留时间,
7、进一步优化了混合效果。2.2转子结构和转速对PP/MWNT复合材料微观结构的影响为了探究2种不同转子制备的PP/MWNT复合材料的微观结构差异,并作为宏观性能的参考,利用扫描电子显微镜对MWNT质量分数为1%的PP/MWNT高考复合材料的脆断断面进行拍摄表征,其结果如Fig.2所示。由Fig.2(a)和Fig.2(b)可知,当转子转速达到300r/min时,经典转子所制备的PP/MWNT复合材料中MWNT的团聚十分明显,在Fig.2(a)中表现为众多白色块状亮斑点。相比之下,Fig.2(b)混沌转子制备的PP/MWNT复合材料中MWNT团聚体呈现带有
