【摘要】：聚合物采用不同的加工和成型方式會(huì)形成不同的微觀形貌結(jié)構(gòu),這直接影響產(chǎn)品最終結(jié)構(gòu)和性質(zhì),這表明加工和成型的方式對(duì)聚合物產(chǎn)品的優(yōu)劣有著決定性的作用。傳統(tǒng)的螺桿擠出機(jī)加工成型裝備都是基于剪切流場(chǎng)主導(dǎo)的塑化輸運(yùn)過(guò)程,擁有較長(zhǎng)的機(jī)械歷程和較大的剪切力場(chǎng),對(duì)聚合物分子鏈有一定的破壞作用。然而,自主研發(fā)的新型偏心轉(zhuǎn)子擠出機(jī)是基于拉伸流場(chǎng)主導(dǎo)的塑化輸運(yùn)成型加工設(shè)備,具有更短的機(jī)械歷程,更低的加工能耗,更好的混合分散分布效果,同時(shí)由于拉伸流場(chǎng)主導(dǎo)的塑化輸運(yùn)的加工過(guò)程對(duì)聚合物分子鏈破壞較小,能夠更好的保持聚合物原本的性能。因此,結(jié)合基于拉伸流場(chǎng)主導(dǎo)的偏心轉(zhuǎn)子擠出機(jī)的結(jié)構(gòu)特征和聚合物材料的本身特性,對(duì)比傳統(tǒng)螺桿擠出機(jī)加工方式,全面深入的研究基于體積脈動(dòng)塑化輸運(yùn)過(guò)程中聚酯復(fù)合體系混合分散分布特點(diǎn)以及拉伸形變作用下對(duì)聚酯復(fù)合體系材料結(jié)構(gòu)性能的影響規(guī)律,對(duì)制備高性能聚酯復(fù)合材料和推進(jìn)聚合物成型加工設(shè)備創(chuàng)新發(fā)展都有著極為重要的意義。本文介紹了基于體積拉伸流場(chǎng)主導(dǎo)的偏心轉(zhuǎn)子擠出機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),重點(diǎn)介紹了偏心轉(zhuǎn)子擠出機(jī)的核心是由偏心轉(zhuǎn)子和定子組成的擠壓系統(tǒng),其中轉(zhuǎn)子和定子都具有拓?fù)湫再|(zhì)的幾何結(jié)構(gòu),當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),在轉(zhuǎn)子與定子之間的物料腔體沿著定子的軸向和徑向發(fā)生周期性變化,使得物料在周期性的壓縮和膨脹過(guò)程中受到體積拉伸形變作用力場(chǎng),這種拉伸力場(chǎng)貫穿了物料的固體輸送區(qū),熔融區(qū)和熔體輸送區(qū)整個(gè)熔融塑化過(guò)程。通過(guò)對(duì)在體積脈動(dòng)塑化輸運(yùn)加工過(guò)程中的聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯/熱塑性聚氨酯共混物驟冷拆機(jī)后各段分別取樣,深入探究聚酯復(fù)合體系在拉伸形變作用下共混形態(tài)演變過(guò)程及機(jī)理,采用掃描電子顯微鏡,廣角X-射線(xiàn)衍射儀和差示掃描量熱儀測(cè)試表征儀器分別對(duì)熔融塑化輸運(yùn)各段的混合分散分布形態(tài)特征和晶體形態(tài)結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征,發(fā)現(xiàn)在體積拉伸形變作用下,聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯較快的完成了熔融塑化過(guò)程,同時(shí)熱塑性聚氨酯作為分散相的粒徑最終達(dá)到0.6μm。研究基于體積拉伸流場(chǎng)主導(dǎo)的偏心轉(zhuǎn)子擠出機(jī)通過(guò)“熔融擠出-淬冷”的成型加工方法制備聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯/熱塑性聚氨酯原位成纖共混物,拉伸形變作用誘導(dǎo)熱塑性聚氨酯在基體中的成纖現(xiàn)象,結(jié)果表明:調(diào)控拉伸形變作用可以形成分布均一和大長(zhǎng)徑比的熱塑性聚氨酯微纖,通過(guò)提高轉(zhuǎn)速增強(qiáng)拉伸流場(chǎng)作用后,熱塑性聚氨酯微纖化程度更加顯著,形成的聚氨酯微纖分布更加致密,長(zhǎng)徑比更高,從而顯著的提高了聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯/熱塑性聚氨酯共混物的拉伸強(qiáng)度和沖擊強(qiáng)度。保持熱塑性聚氨酯含量為25%,將轉(zhuǎn)速?gòu)?0rpm提高到60rpm后,拉伸強(qiáng)度從35.7MPa增加到了44.5MPa,沖擊強(qiáng)度從16.6kJ/m~2提高到了88.5kJ/m~2。與此同時(shí)高度纖維化的熱塑性聚氨酯限制了聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯的分子鏈段運(yùn)動(dòng),降低了聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯的結(jié)晶溫度和結(jié)晶度。采用基于剪切流場(chǎng)主導(dǎo)的雙螺桿擠出機(jī)和基于拉伸流場(chǎng)主導(dǎo)的偏心轉(zhuǎn)子擠出機(jī)制備了不同蒙脫土含量的聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯/蒙脫土復(fù)合材料,通過(guò)掃描電子顯微鏡和透射電子顯微鏡觀察聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯/蒙脫土復(fù)合材料中蒙脫土在分散形態(tài),廣角X-射線(xiàn)衍射儀和差示掃描量熱儀表征結(jié)晶行為和晶體結(jié)構(gòu),熱重分析儀表征復(fù)合材料的熱穩(wěn)定性能,運(yùn)用力學(xué)拉伸,彎曲和沖擊測(cè)試復(fù)合材料的力學(xué)性能。結(jié)果表明:通過(guò)基于拉伸流場(chǎng)主導(dǎo)的偏心轉(zhuǎn)子擠出機(jī)制備的聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯/蒙脫土復(fù)合材料剝離插層效果更好,另外由于拉伸形變作用對(duì)高分子鏈段的破壞小,具有更高的起始分解溫度和最大失重速率溫度,同時(shí)當(dāng)蒙脫土含量為5%和9%時(shí),發(fā)現(xiàn)有聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯β晶型形成,整體的機(jī)械性能也更好。通過(guò)基于剪切流場(chǎng)主導(dǎo)的雙螺桿擠出機(jī)和基于拉伸流場(chǎng)主導(dǎo)的偏心轉(zhuǎn)子擠出機(jī)制備了不同熱塑性聚氨酯含量的聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯/熱塑性聚氨酯共混物,通過(guò)掃描電子顯微鏡觀察兩相形態(tài),廣角X-射線(xiàn)衍射儀和差示掃描量熱儀表征結(jié)晶行為和晶體結(jié)構(gòu),熱重分析儀表征共混物的熱穩(wěn)定性能,運(yùn)用力學(xué)拉伸,彎曲和沖擊測(cè)試共混物的力學(xué)性能。結(jié)果表明:通過(guò)基于拉伸流場(chǎng)主導(dǎo)的偏心轉(zhuǎn)子擠出機(jī)制備的聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯/熱塑性聚氨酯共混物兩相相容性好,刻蝕后發(fā)現(xiàn)熱塑性聚氨酯分散相的分布和尺寸比雙螺桿擠出機(jī)制備的共混物中熱塑性聚氨酯分散相的分布更加均一、尺寸更小,同時(shí)熱穩(wěn)定性和力學(xué)性能也優(yōu)于雙螺桿擠出機(jī)制備的共混物,另外當(dāng)熱塑性聚氨酯含量為25%時(shí),共混物的沖擊強(qiáng)度達(dá)到了7.8kJ/m~2,相比于純聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯,提高了39.3%。利用基于剪切流場(chǎng)主導(dǎo)的雙螺桿擠出機(jī)和基于拉伸流場(chǎng)主導(dǎo)的偏心轉(zhuǎn)子擠出機(jī)制備了不同熱塑性聚氨酯含量的聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯/熱塑性聚氨酯/蒙脫土多相體系復(fù)合材料,通過(guò)掃描電子顯微鏡和透射電子顯微鏡觀察聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯/熱塑性聚氨酯/蒙脫土多相體系的分散形貌和相態(tài)結(jié)構(gòu),廣角X-射線(xiàn)衍射儀和差示掃描量熱儀表征結(jié)晶行為和晶體結(jié)構(gòu),熱重分析儀表征多相復(fù)合體系的熱穩(wěn)定性能,運(yùn)用力學(xué)拉伸,彎曲和沖擊測(cè)試多相復(fù)合體系材料的力學(xué)性能。結(jié)果表明:通過(guò)基于拉伸流場(chǎng)主導(dǎo)的偏心轉(zhuǎn)子擠出機(jī)制備的聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯/熱塑性聚氨酯/蒙脫土多相復(fù)合體系中,蒙脫土都是以更小的尺寸和更少的層數(shù)分散于基體中,插層剝離的現(xiàn)象更為明顯,同時(shí)有聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯β晶型的形成,另外也具有更高的初始分解溫度和最大分解速率溫度。通過(guò)以上基于體積拉伸形變主導(dǎo)的偏心轉(zhuǎn)子擠出機(jī)實(shí)驗(yàn)結(jié)果,發(fā)現(xiàn)了拉伸形變作用下共混過(guò)程中形態(tài)演變規(guī)律,證明了體積拉伸形變作用對(duì)聚酯復(fù)合體系良好的混合分散分布效果;通過(guò)調(diào)控拉伸力場(chǎng)作用可以誘導(dǎo)熱塑性聚氨酯微纖化,制備高強(qiáng)度高韌性的原位成纖復(fù)合材料;總結(jié)了基于拉伸流場(chǎng)主導(dǎo)的偏心轉(zhuǎn)子擠出機(jī)比基于剪切流場(chǎng)主導(dǎo)的雙螺桿擠出機(jī)制備的復(fù)合材料體系,蒙脫土有更好的剝離分散效果,熱塑性聚氨酯分散相尺寸更小分布更均勻,同時(shí)較大的拉伸應(yīng)力可以使聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯形成β晶型,最終復(fù)合材料的機(jī)械力學(xué)性能更好。突出了體積拉伸形變對(duì)加工聚酯復(fù)合體系有顯著的優(yōu)勢(shì),為推進(jìn)和發(fā)展拉伸形變加工技術(shù)提供有效的依據(jù)。
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：TB33;TQ317
【圖文】：

因?yàn)榫蹖?duì)苯二甲酸丁二醇酯樹(shù)脂作為一種工程塑料，具備優(yōu)異的機(jī)，同時(shí)成型尺寸穩(wěn)定性好，耐疲勞性等特點(diǎn)，很好的滿(mǎn)足了汽車(chē)零配件的而進(jìn)一步加大了對(duì) PBT 樹(shù)脂的需求。在電子電氣行業(yè)內(nèi)，PBT 樹(shù)脂具有能力，從而用于制作高壓連接器，線(xiàn)圈骨架，照明用具，電容器和各類(lèi)開(kāi)。在纖維紡織領(lǐng)域，因?yàn)?PBT 樹(shù)脂纖維在耐疲勞性、彈性和強(qiáng)度，抗化及染色能力這些方面性能突出，不存在薄弱方面，相較于其他材料整體性從而在毛衫面料和彈力面料這些市場(chǎng)得到了大規(guī)模的應(yīng)用，未來(lái)的發(fā)展應(yīng)明。從中國(guó)化學(xué)纖維工業(yè)協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)來(lái)看，中國(guó) PBT 樹(shù)脂纖維在 2為1.15萬(wàn)噸，到了2014年年產(chǎn)量就已經(jīng)達(dá)到了2.02萬(wàn)噸了，這三年以驚人率保持增長(zhǎng)，全國(guó) PBT 樹(shù)脂產(chǎn)量從 2015 年 3 萬(wàn)噸增產(chǎn)到了 2018 年的 15 年開(kāi)始，憑借著 PBT 樹(shù)脂包芯紗在質(zhì)感和耐用程度等方面的優(yōu)勢(shì)，推動(dòng)維的應(yīng)用大范圍擴(kuò)展，另外更低的生產(chǎn)成本和價(jià)格加大了 PBT 樹(shù)脂纖維求。

圖 1-2 聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯應(yīng)用領(lǐng)域Fig. 1-2 Application fields of polybutylene terephthalate常情況，聚合物的加工工藝過(guò)程首先是經(jīng)過(guò)預(yù)先混合，其次是經(jīng)過(guò)熔融完模具加工成型三個(gè)階段，在一定的溫度下使聚合物熔融塑化通過(guò)模具制成。聚合物生產(chǎn)成型加工設(shè)備主要包括密煉機(jī)、擠出機(jī)、注塑機(jī)、壓延和吹中螺桿擠出機(jī)在塑料成型加工設(shè)備中最為暢銷(xiāo)，扮演著不可或缺的角色主要結(jié)構(gòu)的螺桿擠出機(jī)，加工過(guò)程中主要利用螺桿，物料與料筒三者之間切作用使加入的物料不斷熔融，將物料熔化塑化輸運(yùn)到口模處。聚合物在程中主要受到剪切力作用的，聚合物的流動(dòng)方向與速度梯度方向是垂直的曳的方式實(shí)現(xiàn)聚合物在料筒中的塑化輸運(yùn)，從而導(dǎo)致物料在螺桿擠出機(jī)的種會(huì)受到較長(zhǎng)熱歷程，能耗高，混合混煉效果不佳，對(duì)聚合物分子鏈段的因此，為了彌補(bǔ)當(dāng)前聚合物螺桿擠出機(jī)加工的不足之處，迫切需要從加工展新的加工成型原理和技術(shù)。

同之處就是酯基重復(fù)單元的亞甲基是 4 個(gè)，比 PET 的亞甲基重復(fù)單元多兩個(gè)，因此相比于 PET，分子鏈柔的順性增加，剛性有所下降。圖1-3 聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯（PBT）分子結(jié)構(gòu)Fig. 1-3 Molecular structure of polybutylene terephthalatePBT 首先是德國(guó)科學(xué)家 P.Schlack 研發(fā)成功，經(jīng)過(guò)美國(guó)企業(yè) Celanese 于 20 世紀(jì) 70年代首先工業(yè)開(kāi)發(fā)生產(chǎn)并以 Celanex 命名上市的工程塑料。在此之后，美國(guó)的企業(yè)有 GE和 Ticona，德國(guó)的企業(yè)有 Bayer 和 BASF，日本的企業(yè)有三菱化成和帝人相繼投入生產(chǎn)。我國(guó)的主要企業(yè)也有長(zhǎng)春人造樹(shù)脂、康輝石化、儀征化纖股份、江陰和利時(shí)、上海滌綸

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 ;The latest progress in research of plastics processing technology[J];Engineering Sciences;2012年01期

本文編號(hào)：2756434