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振动力场对PP/PS/SBS共混物流变行为及相容性的影响

作　者: 周磊
导　师: 刘跃军
学　校: 湖南工业大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 振动力场共混物相容性流变行为增容剂
分类号: TB332
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

振动力场引入聚合物熔体的挤出过程后,聚合物熔体的流动状态将发生深刻变化,目前难以准确地用数学模型描述其复杂的流变行为。对于聚合物共混物,相容性是决定其流变行为的关键因素,目前测定聚合物共混物相容性的常规方法还难以表征聚合物多组分间的混溶程度,也难以分析振动力场对共混物熔体相容性影响的内在关系。本文以流经毛细管的聚合物共混物为研究对象,通过对振动力场作用下毛细管内熔体速度分布v z和毛细管瞬时体积流量Q (t )作近似处理,得到振动力场作用下剪切应力、剪切速率和表观粘度的近似值,来表征振动力场作用下聚合物的粘性行为;以及通过测量挤出物的挤出胀大比的近似值,来表征振动力场作用下聚合物的弹性行为。同时根据多组相容性不同的聚合物共混物的流变实验数据,归纳总结出一个反映聚合物共混物粘度相对变化的参数△I,以表征聚合物共混物的相容性。当△I≥0时,聚合物共混物为相容性共混物;当△I<0时,聚合物共混物为基本不相容或不相容共混物。分析后发现△I的大小可近似地反映聚合物共混物各组分分子间或共混物各相之间的相互作用以及共混物内摩擦的大小,即△I的大小可能宏观地反映了聚合物共混物的相容性的好坏。利用自制的多功能和全电动式聚合物流变测试装置,借助上述反映聚合物共混物粘度相对变化的参数△I,研究了不同质量配比的聚丙烯(PP)/聚苯乙烯(PS)/苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物(SBS)共混物在振动力场作用下的流变行为和相容性。结果表明:1、无论是振动力场作用还是稳态挤出,随着共混质量配比的不同,共混物的表观粘度均在某个共混质量配比时出现极小值或极大值。引入振动力场后,与稳态挤出时相比,发现共混物熔体表观粘度、挤出胀大比均显著降低,并且共混物熔体也表现为非牛顿流体,近似满足幂律定理。在振幅和其它条件不变的情况下,表观粘度和挤出胀大比都随频率的增加呈现波动状态;在频率和其它条件不变情况下,表观粘度和挤出胀大比都随振幅的增加而逐渐减小。2、随着熔体温度的升高,PP/PS/SBS共混物的△I值从负值变为正值,并且逐渐增大;而PP/PS共混物的△I变化并不明显,呈现波动状态。在其它条件不变的情况下,随着SBS含量的增加,△I值基本上由负值变为正值;而在振动力场作用下,随着SBS含量的增加,△I值由负值变为正值,并在共混质量配比为PP/PS/SBS=60/30/10时△I值出现极大值。实验还发现,在其它条件不变的情况下,共混质量配比为PP/PS/SBS=60/32.5/7.5时,当振幅为0.3mm,随着频率的增加,振动力场对共混物增容的作用选择性的增强;当频率为20Hz时,随着振幅的增加,共混物的相容性逐渐增强。另外,通过对不同质量配比的PP/PS/SBS共混物稳态和动态挤出的挤出物进行SEM扫描分析和力学性能测试,发现振动力场的引入促进了SBS的分散,促进了共混物的相容,并可以减少相容剂用量,减幅高达7.5%。本文研究成果对振动力场作用下聚合物共混物配方设计的优化和加工工艺的选择,提供了重要的实验依据和理论指导。

全文目录

摘要  4-6
ABSTRACT  6-8
符号说明  8-12
第一章绪论  12-30
  1.1 引言  12
  1.2 聚合物共混物的概述  12-17
    1.2.1 聚合物共混物的基本概念  12-13
    1.2.2 PP/PS/SBS 共混物的研究进展  13-14
    1.2.3 高分子-高分子共混原则  14
    1.2.4 聚合物共混物熔体的分散状态  14-15
    1.2.5 聚合物共混物熔体的粘性行为  15-17
    1.2.6 聚合物共混物熔体的弹性行为  17
  1.3 聚合物之间的相容性  17-24
    1.3.1 聚合物共混物相容性理论基础  17-18
    1.3.2 影响共混物相容性的因素  18-19
    1.3.3 研究聚合物共混物相容性的方法  19-23
    1.3.4 熔点降低法表征振动力场对共混物界面相容性的影响  23-24
  1.4 振动力场对聚合物流变行为影响的研究进展  24-26
    1.4.1 国内研究进展  24-25
    1.4.2 国外研究进展  25-26
  1.5 振动力场对聚合物共混效果影响的研究进展  26-27
  1.6 研究目的和意义  27-28
  1.7 本文的主要研究内容  28-30
第二章振动力场对PP/PS/SBS 共混物流变行为及相容性影响的理论分析  30-51
  2.1 多功能和全电动式聚合物流变测试装置的基本构造  30-31
  2.2 数学模型的建立  31-34
    2.2.1 引入振动力场后活塞杆的位移和速度  31-32
    2.2.2 坐标系的选取和基本假设  32
    2.2.3 连续性方程及其简化  32-33
    2.2.4 运动方程及其简化  33-34
  2.3 振动力场作用下聚合物熔体粘性行为  34-40
    2.3.1 振动力场作用下毛细管内剪切应力近似值的确定  34-37
    2.3.2 振动力场作用下毛细管内剪切速率近似值的确定  37-39
    2.3.3 振动力场作用下表观粘度的确立和计算步骤  39-40
  2.4 振动力场作用下聚合物熔体弹性行为  40
  2.5 振动力场作用下聚合物共混物的相容性  40-51
    2.5.1 利用共混物粘度与相容性的关系研究共混物相容性  40-41
    2.5.2 实验研究  41-43
    2.5.3 数据分析  43-46
    2.5.4 利用参数△I 的大小判断聚合物共混物相容性的推论  46-50
    2.5.5 振动力场作用下表征聚合物共混物相容性的参数△I 计算步骤  50-51
第三章实验研究  51-54
  3.1 原料与设备  51
  3.2 样品制备  51-52
    3.2.1 PP/PS 共混物制备  51-52
    3.2.2 PP/PS/SBS 共混物制备  52
  3.3 实验方法  52-53
    3.3.1 多功能和全电动式聚合物流变测试装置测试方法  52-53
    3.3.2 扫描电子显微镜测试方法  53
    3.3.3 力学性能测试方法  53
    3.3.4 差示扫描量热仪测试方法  53
  3.4 数据分析  53-54
第四章结果和讨论  54-73
  4.1 振动力场作用下PP/PS 共混物及PP/PS/SBS 共混物的流变行为  54-63
    4.1.1 共混质量配比对共混物表观粘度的影响  54-57
    4.1.2 共混质量配比对共混物挤出胀大比的影响  57-59
    4.1.3 振动力场对共混物的表观粘度的影响  59-61
    4.1.4 振动力场对共混物的挤出胀大比的影响  61-63
  4.2 振动力场对PP/PS 共混物及PP/PS/SBS 共混物相容性的影响  63-73
    4.2.1 利用熔点降低法研究振动力场对PP  63-64
    4.2.2 利用参数△I 大小研究振动力场对共混物相容性的影响  64-71
    4.2.3 振动力场对共混物相容剂用量的影响  71-73
第五章结论与展望  73-76
  5.1 本文的主要结论  73-74
  5.2 研究展望  74-76
参考文献  76-82
攻读硕士学位期间发表的论文  82-83
致谢  83

振动力场对PP/PS/SBS共混物流变行为及相容性的影响

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