振動(dòng)力場(chǎng)強(qiáng)化EPDM-PP體系相形態(tài)研究.pdf

1、電磁動(dòng)態(tài)成型加工可以實(shí)現(xiàn)對(duì)反應(yīng)性和非反應(yīng)性不相容聚合物共混體系相形態(tài)的有效控制，能夠很好地實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)硫化EPDM/PP等熱塑性彈性體在加工過程中的相態(tài)反轉(zhuǎn)和相態(tài)尺寸的細(xì)化與均布。因此，開展振動(dòng)力場(chǎng)強(qiáng)化EPDM/PP體系相形態(tài)控制機(jī)理研究，具有重要的理論意義和工程意義。 本文建立了振動(dòng)力場(chǎng)作用下簡(jiǎn)單剪切流動(dòng)和同軸圓柱環(huán)隙流動(dòng)中聚合物熔體的速度、剪切速率和剪切應(yīng)力的計(jì)算公式，通過對(duì)動(dòng)態(tài)流場(chǎng)的理論計(jì)算與分析，獲得了熔體速度、剪切速率和剪

2、切應(yīng)力的變化規(guī)律，揭示了振動(dòng)力場(chǎng)對(duì)聚合物成型加工的影響及其機(jī)理，表明振動(dòng)力場(chǎng)對(duì)于提高聚合物成型加工的綜合性能具有顯著效果，為聚合物電磁動(dòng)態(tài)成型加工理論及不相容聚合物共混體系相形態(tài)的深入研究奠定了基礎(chǔ)。 通過對(duì)不相容聚合物共混體系單胞模型的建立，首次提出適于對(duì)反應(yīng)性和非反應(yīng)性不相容聚合物共混體系進(jìn)行相形態(tài)研究的能量比模型概念。對(duì)于簡(jiǎn)單剪切流動(dòng)推導(dǎo)出共混體系能耗速率的計(jì)算公式和共混體系相形態(tài)判斷的能量比計(jì)算公式，其中涉及分散相的相態(tài)

3、尺寸和流場(chǎng)強(qiáng)度的理論計(jì)算公式推導(dǎo)，以及考慮硫化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)問題的本構(gòu)方程表征和振動(dòng)強(qiáng)度的引入，并進(jìn)行了理論計(jì)算與結(jié)果分析，從理論上解決了判斷多相多組分共混體系相形態(tài)問題，而且可以通過控制共混物的結(jié)構(gòu)參數(shù)和材料性能以及加工條件，實(shí)現(xiàn)獲得最終所需不相容聚合物共混體系相形態(tài)的目的。 基于電磁動(dòng)態(tài)成型加工理論，自行設(shè)計(jì)研制了一臺(tái)振動(dòng)混合反應(yīng)器，可以將振動(dòng)力場(chǎng)引入聚合物加工全過程。整個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置由振動(dòng)混合反應(yīng)器、溫度控制系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)、激振控

4、制系統(tǒng)、溫度壓力及振動(dòng)參數(shù)測(cè)量分析系統(tǒng)構(gòu)成，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、剪切速率大、振動(dòng)幅值和振動(dòng)頻率調(diào)整范圍寬、適用性廣的特點(diǎn)，可以對(duì)反應(yīng)性或非反應(yīng)性的多相多組分聚合物共混體系進(jìn)行加工與實(shí)驗(yàn)研究和理論分析，從而為電磁動(dòng)態(tài)反應(yīng)成型加工裝置的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和科學(xué)依據(jù)。 針對(duì)振動(dòng)混合反應(yīng)器的具體結(jié)構(gòu)，通過將同軸圓柱環(huán)隙流動(dòng)簡(jiǎn)化為平面運(yùn)動(dòng)流動(dòng)，建立了反應(yīng)性和非反應(yīng)性聚合物共混體系能耗速率的計(jì)算公式，從而可以基于能量比模型的概念對(duì)聚合物共混體系

5、進(jìn)行相形態(tài)研究。理論計(jì)算結(jié)果與分析表明，不相容聚合物共混體系的相形態(tài)受到流場(chǎng)強(qiáng)度、共混物的組分、黏度比、界面張力、材料的流變性能、相態(tài)尺寸、硫化反應(yīng)程度等諸多因素的影響，特別是改變振動(dòng)強(qiáng)度可以有效地實(shí)現(xiàn)對(duì)不相容聚合物共混體系相形態(tài)的控制。通過對(duì)EPDM/PP共混物試樣的TEM照片進(jìn)行觀察分析，證明了能量比模型及其相形態(tài)理論與實(shí)驗(yàn)結(jié)果具有較好的一致性和實(shí)用性。由于振動(dòng)力場(chǎng)參數(shù)的可控性，為EPDM/PP體系相態(tài)反轉(zhuǎn)的實(shí)現(xiàn)提供了更為有效的控制

6、手段。振動(dòng)力場(chǎng)的引入對(duì)決定EPDM/PP體系相態(tài)反轉(zhuǎn)的諸因素產(chǎn)生了深刻影響，對(duì)不相容聚合物共混體系相形態(tài)及其控制具有積極作用。 利用研制的新型實(shí)驗(yàn)裝置，對(duì)穩(wěn)態(tài)與動(dòng)態(tài)條件下動(dòng)態(tài)硫化EPDM/PP熱塑性彈性體的宏觀力學(xué)性能和微觀形態(tài)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究，探討了振動(dòng)力場(chǎng)對(duì)不相容聚合物共混體系相形態(tài)的影響和強(qiáng)化作用機(jī)理。通過對(duì)穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析，進(jìn)一步揭示了電磁動(dòng)態(tài)硫化反應(yīng)成型加工裝置的優(yōu)異性能，獲得了制備動(dòng)態(tài)硫化EPDM/PP熱塑性彈

7、性體的合理工藝條件與參數(shù)。隨著振動(dòng)頻率或振動(dòng)振幅的增加，TPE的拉伸強(qiáng)度、100﹪定伸應(yīng)力和扯斷伸長率在一定范圍內(nèi)得到不同程度的提高，邵氏A型硬度減小，有利于制備低硬度TPE。動(dòng)態(tài)硫化EPDM/PP共混物的拉伸強(qiáng)度、100﹪定伸應(yīng)力和邵氏A型硬度隨著橡塑質(zhì)量比的增加而減小，扯斷伸長率則相反，動(dòng)態(tài)條件下制備的TPE力學(xué)性能比穩(wěn)態(tài)時(shí)的好。 通過對(duì)所加工試樣進(jìn)行SEM、DSC、X射線衍射、TGA和FT-IR測(cè)試分析表明，振動(dòng)力場(chǎng)可以使

8、表面能很高的團(tuán)聚在一起的EPDM顆粒破碎，均勻地分散混合在PP基體中，橡膠相平均粒徑減小，在塑料基體中的分散均勻性提高，即使橡塑質(zhì)量比高也能產(chǎn)生橡膠顆粒分散于塑料基體中的“海-島”結(jié)構(gòu)形態(tài)。振動(dòng)力場(chǎng)的引入可以提高動(dòng)態(tài)硫化EPDM/PP共混物的融熔溫度和制品的耐熱性能，增強(qiáng)共混物各組分大分子鏈的活動(dòng)能力和相互滲透與纏結(jié)，兩相互穿作用的界面面積增大，有效提高了EPDM與PP兩相界面間的相容性，TPE中結(jié)晶組分PP的結(jié)晶度降低。通過對(duì)振動(dòng)參數(shù)