三螺桿動態(tài)塑化混煉加工pp-硅灰石

1、作者：何和智，付金修，陳哲，方望來(華南理工大學(xué)聚合物新型成型裝備國家工程研究中心，聚合物成型加工工程教育部重點實驗室，廣東廣州510640)摘要：硅灰石填充PP經(jīng)三螺桿動態(tài)塑化混煉加工后，將粒料制成試樣并進(jìn)行力學(xué)性能測試和掃描電鏡斷面分析。實驗研究了不同振動參數(shù)對PP／硅灰石力學(xué)性能和斷面微觀結(jié)構(gòu)的影響。結(jié)果表明，與穩(wěn)態(tài)相比，動態(tài)(引入振動)加工條件下試樣的沖擊強度、拉伸強度、斷裂伸長率和彎曲強度均有顯著提高，最大分別提高了107％、

2、10.2％、5l.3％和18.6％；對在振動頻率f=10Hz、振幅A=105μm動態(tài)塑化混煉加工條件下試樣的掃描電鏡斷面分析表明，PP／硅灰石材料中硅灰石的粒徑變小并趨一致，分散分布均一，與PP結(jié)合界面得到加強。關(guān)鍵詞：三螺桿擠出機；動態(tài)塑化混煉；硅灰石；聚丙烯；力學(xué)性能PP因脆性高、耐沖擊性能差、成型收縮率大、易翹曲變形、親水性能、黏結(jié)性以及與無機填料的相容性均較差等原因大大限制了其進(jìn)一步的推廣應(yīng)用。為此，國內(nèi)外對PP的增韌增強改性進(jìn)

3、行了廣泛而深入的研究，并取得了一系列的成果。硅灰石是一種偏硅酸鈣礦物原料，通常為針狀、球狀、纖維狀的集合體。硅灰石填充樹脂后，可使樹脂的剛性、耐熱性提高，尺寸穩(wěn)定性提高，成型收縮率降低，能有效提高其力學(xué)性能，起到增韌、增強的雙重作用，可作為價格較高的玻璃纖維、碳纖維及危害人體健康的石棉等填料的替代品。我國硅灰石礦藏資源豐富，應(yīng)用前景廣泛。聚合物復(fù)合材料的性能不僅受制于體系中各組分的性能，而且決定于多相體系中各相的分散分布和相界而結(jié)合情況

4、。相與相之間互相影響，若兩相之間的界面作用薄弱，則力學(xué)性能差，實用價值降低。目前國內(nèi)外對硅灰石填充樹脂材料作了大量研究，大部分是采用改性偶聯(lián)劑增強相界面的辦法，而通過改善共混加工條件和提高混合效率的研究很少.瞿金平等研制開發(fā)了新型聚合物動態(tài)三螺桿擠出機在塑化混煉加工全過程引入振動改變傳統(tǒng)的高分子材料純剪切穩(wěn)態(tài)塑化、輸送機理為振動剪切動態(tài)塑化、輸送機理，使成型加工過程及過程參數(shù)發(fā)生周期性變化。這種加工制備與成型技術(shù)對于制備聚合物共混及復(fù)合

5、材料具有明顯優(yōu)勢。圖1為三螺桿動態(tài)塑化混煉擠出機的結(jié)構(gòu)示意圖。3根螺桿直徑、旋向和螺紋元件組合方式完全相同，整體成“一”字形水平排布。工作時，在轉(zhuǎn)動的中間螺桿上施加軸向振動，從而使3根螺桿之間的軸向齒間間隙實現(xiàn)周期性變化，不斷對流場產(chǎn)生擠壓和釋放。由于物料在輸送過程中受到復(fù)雜剪切作用的同時也受到周期性脈動積壓研磨作用，這加強了相間的傳質(zhì)與傳熱，促進(jìn)了聚合物大分子的流動，使整個塑化混煉系統(tǒng)對物料進(jìn)行強制動態(tài)輸送、塑化混煉、排氣和擠出成型，

6、從而加強了熔體的混合混煉效果，從而達(dá)到了強化分散混合的目的，熔融和混煉得到加強。觀察其斷面形貌結(jié)構(gòu)，放大200倍、300倍和1500倍拍照。2結(jié)果與討論21振動對PP／硅灰石力學(xué)性能的影響211對拉伸強度的影晌從圖2、3可以看出，隨著振動頻率和振幅的增大，PP／硅灰石的拉伸強度得到一定提高。當(dāng)f=6Hz、A=105μm時，動態(tài)拉伸強度出現(xiàn)最大值(3148MPa)，比f=0Hz、A=0μm，時穩(wěn)態(tài)拉伸強度(2843MPa)提高了10.7％

7、。這是因為當(dāng)填充體系受到交變的剪切力場作用時，硅灰石粒子將獲得方向和大小不同的瞬時沖量。這種瞬時沖量差會使粒子與粒子之間產(chǎn)生速度和方向不同的相對運動，并且在粒子之間瞬間形成負(fù)壓，致使鄰近聚合物分子鏈段被吸人而使粒子與粒子相隔離，從而使粒子在瞬時沖量的作用下在高分子熔體中移至新的位置。因而使粒子趨于均勻分散，在拉伸應(yīng)力作用下填料顆粒就有可能與基體樹脂一起移動變形，承受外界負(fù)荷的有效截面增加，拉伸強度從而得到提高.當(dāng)振動頻率和振幅超過最佳點