（材料加工工程专业论文）聚合物在振动场中挤出成型时的流变行为和产品结构与性能的研究.pdf

四川大学博士学位论文 聚合物在振动场中挤出成型时的流变行为和产品结 构与性能的研究 材料加工工程专业 研究生：高雪芹指导教师：申开智教授 在聚合物成型加工过程中，成型加工条件能影响聚合物的形态，而形态决 定了制品的宏观性能，我们通过在挤出成型过程中加入振动场来控制聚合物的 形态，充分挖掘聚合物材料的内在潜力，从而赋予制品预期的性能，适应更广 泛的应用领域。 根据研究需要我们自行研制了一套转阀式振动挤出装置，该振动挤出装置 的振动频率较高，在0 - 9 3 3 h z 连续可调，振幅调节方便，在0 - 3 0 r a m 连续可调， 振动装置采用液压系统，由于液压振动强度较高，在挤出成型过程中加入液压 振动可使聚合物熔体受到高压贯穿式振动场的作用，使振动场对聚合物熔体的 作用大大增强，装置的设计方案为原创性思维，目前国内外均没有类似装置。 该装置不需要特殊的成型工艺条件，可控制试样的凝聚态结构、提高其性能， 具有很强的实用性和工业化前景。 我们利用振动挤出装置研究了聚合物在振动场中挤出成型时的流变行为， 关于振动场对聚合物加工流变行为的研究已有很多报道，但是在挤出成型加工 过程中引入中频( o 1 0 0 h z ) 液压振动场并研究振动参数对聚合物熔体流变行 为影响的工作则未见报道。研究表明振动场对聚合物的流变性能影响效果非常 明显，聚合物熔体在振动场作用下挤出特性得到改善，表观粘度降低，随着振 动频率的增加，表观粘度先下降至最低值，然后出现回升趋势，回升到一定程 度后基本上保持不变，即使在回升后表观粘度还是低于未施加振动时的表观粘 度值。振动场使挤出口模压力降低、挤出流率升高，在口模压力保持不变的情 况下聚合物熔体的挤出流率在振动场的作用下有明显提高。在振动场作用下挤 四川大学博士学位论文 出的片材试样出模膨胀比减小。聚合物熔体在振动场中的表观粘度变化与振幅、 挤出机螺杆转速和口模温度有关，振幅越大，振动场对聚合物熔体的表观粘度 影响就越大；螺杆转速越大，振动场对聚合物熔体的表观粘度影响就越小；口 模温度存在一最佳温度区间，在这个温度区间内振动场对表观粘度的影响最大。 振动参数对聚合物表观粘度影响因材料而异，对于本论文研究的四种材料，对 表观粘度的影响程度由大到小依次为：p s 、h d p e 、p p 、l d p e 。 利用振动挤出装置我们还研究了聚合物在振动场中挤出成型时所得到的挤 出片材试样结构与性能的变化。对于h d p e6 1 0 0 m 振动挤出试样的研究表明，h d p e 6 1 0 0 m 挤出试样的力学性能在振动场作用的影响下有一定提高，振动挤出试样的 纵向屈服强度均大于未振动试样，在1 5 0 c 纵向屈服强度最大可提高1 1 5 。低 温下振动挤出试样的纵向屈服强度高于较高温度下挤出的振动试样纵向屈服强 度。现有报道中关于振动挤出对制品性能影响的研究一般都只进行了沿挤出方 向制品单向性能提高的研究，我们为了不仅可以做纵向性能测试还可以对横向 性能进行力学性能测试，设计了宽度较大的狭缝口模，实验研究表明，振动挤 出试样不仅纵向屈服强度得到提高，横向屈服强度也有所提高，在1 5 0 横向屈 服强度可提高6 9 。s e m 、d s c 和w a x d 测试结果表明，h d p e6 1 0 0 m 振动挤出试 样的晶粒细化，分子链发生取向，试样内部结晶尺寸更为均一，结晶度提高。 总的来说，振动场对h d p e6 1 0 0 m 有增强作用。 对于h d p e6 1 0 0 m 1 1 5 8 振动挤出试样的研究表明，在普通分子量的高密度 聚乙烯中加入少量( 4 ) 高分子量的h d p e1 1 5 8 时振动场对h d p e6 1 0 0 m 1 1 5 8 挤出试样性能的改善作用大大提高，在不同的工艺条件下振动挤出试样的纵向 屈服强度相对于未振动试样都有明显提高，并且断裂伸长率也有所提高。振幅 为l m m 时，不同振动频率下的挤出试样纵向屈服强度最大可提高2 7 9 ，断裂 伸长率最大可提高6 3 5 2 。振幅为2 m m 时，屈服强度提高1 2 3 ，断裂伸长率 提高5 3 7 7 。振动挤出试样横向屈服强度相比未振动试样的横向屈服强度也有 所提高，振幅为i m m 的振动试样横向屈服强度最大可提高3 2 5 ，而振幅为2 r a m 的振动试样横向屈服强度最大可提高1 6 5 。w a x d 、s e m 和d s c 测试结果表明， 振动试样微晶尺寸减小，晶粒细化，晶体沿挤出方向发生取向，结晶度提高， 结晶尺寸更为均一。由于剪切诱导结晶作用，振动场对h d p eb l o o m i 1 5 8 挤出 试样性能的改善作用远远大于对纯h d p e6 1 0 0 m 试样性能的改善。 l i 四川大学博士学位论文 对于p pf 4 0 1 振动挤出试样的研究表明，在不同的振动频率下，振动挤出的 试样纵向屈服强度均大于未振动试样，在1 6 0 c 纵向屈服强度最大可提高9 1 2 ， 横向屈服强度略有提高。另外，振幅对振动挤出试样屈服强度也有影响，不同振 幅下振动挤出的试样纵向屈服强度均高于未振动试样。s e m 、d s c 和w a x d 测试结 果表明，在适当的振动条件下振动挤出的i p p 试样中有少量b 晶生成，晶粒细化， 结晶度提高，在大振幅高频率的振动条件下挤出的试样结晶度提高较大。 对于加e 成核剂的p p 振动挤出试样的研究表明，振动场对试样的力学性能 也有一定影响。与未振动试样相比，振动挤出的加p 成核剂的p p 试样纵向屈服 强度和杨氏模量都有所降低，而断裂伸长率有所提高。未振动试样纵向屈服强 度为2 8 9 9 m p a ，振动频率为9 3 h z 的振动试样的纵向屈服强度降至2 5 2 1 m p a ， 降低了1 3 。振动试样横向屈服强度也比未振动试样的横向强度有所降低。 s e m 、d s c 和w a x d 测试结果表明，在振动场作用下挤出的加9 成核剂的p p 试样中b 晶含量比未振动试样有所提高，晶粒细化，而且取向明显，结晶尺寸 均一，b 晶的结晶度提高显著。 关键词：振动场挤出成型转阀式振动挤出装置流变行为力学性能 凝聚态结构 i l l 四川大学博士学位论文 s t u d yo nr h e o l o g i c a lb e h a v i o r o f p o l y m e rm e l ta n d m o r p h o l o g ya n dp r o p e r t i e so fs p e c i m e n u n d e r v i b r a t i o ne x t r u s i o n m o l d i n g m a t e r i a lp r o c e s s i n ge n g i n e e r i n g p o s t g r a d u a t e ：g a ox u e q i ns u p e r v i s o r ：p r o f s h e nk a i z h i d u r i n gt h ec o u r s eo fp o l y m e rm o l d i n ga n dp r o c e s s i n g ，t h ec o n d i t i o no f p r o c e s s i n gc a na f f e c tt h em o r p h o l o g yo fp o l y m e r , a n dt h em o r p h o l o g yd e c i d e st h e m a c r o s c o p i c p e r f o r m a n c eo ft h ep r o d u c t w ea d dt h ev i b r a t i o nf i e l di nt h ec o u r s eo f e x t r u s i o nm o l d i n gt oc o n t r o lt h em o r p h o l o g yo fp o l y m e ra n dm i n et h ei n t e r n a l p o t e n t i a l o fp o l y m e rs u f f i c i e n t l y c o n s e q u e n t l yw ec a ne n d o wt h ed e s i r a b l e p e r f o r m a n c et ot h ep r o d u c tt oa d a p tm o r ee x t e n s i v ea p p l i c a t i o nd o m a i n w e d e s i g n e dak i n do fr o t a r yv a l v ev i b r a t i o ne x t r u s i o ne q u i p m e n ta c c o r d i n gt h e n e e do fs t u d y t h ev i b r a t i o nf r e q u e n c yo ft h i se q u i p m e n ti sh i 曲a n da d j u s t a b l e c o n t i n u o u s l ya tt h e0 - 9 3 3 h z i t so s c i l l a t i o na m p l i t u d ec a l lb ea d j u s t e de a s i l ya n d a d j u s t a b l ec o n t i n u o u s l ya tt h e0 与0 m m t h ev i b r a t i o ne q u i p m e n tu s e sh y d r a u l i c s y s t e m b e c a u s eo f t h eh i g hh y d r a u l i cv i b r a t i o ns t r e n g t h ，h y d r a u l i c v i b r a t i o ni nt h ec o u r s eo fe x t r u s i o nm o l d i n gc a nm a k ep o l y m e rm e l tb e a f f e c t e db yh i g hp r e s s u r ep e n e t r a t i n gv i b r a t i o nf i e l d t h ei n f l u e n c eo f t h ev i b r a t i o nf i e l de n h a n c e s t h ed e s i g ns c h e m ei si n i t i a t e d t h e r ei s n os i m i l a re q u i p m e n ti nt h ew o r l d t h ev i b r a t i o ne q u i p m e n tc a nc o n t r o l m o r p h o l o g yo fs p e c i m e n ，a n di n c r e a s et h e i rm e c h a n i c a lp r o p e r t i e su n d e r n o r m a lp r o c e s sc o n d i t i o n ，s oi t i se a s yt ob ea p p l i e di np r a c t i c e w eu s e dt h er o t a r yv a l v ev i b r a t i o ne x t r u s i o ne q u i p m e n tt os t u d yr h e o l o g i c a l b e h a v i o ro fp o l y m e rm e l tu n d e rv i b r a t i o ne x t r u s i o nm o l d i n g t h er e s e a r c ha b o u t r h e o l o g i c a lb e h a v i o ro fp o l y m e ru n d e rt h ev i b r a ti o nf i e l dh a sb e e n r e p o r t e d b u tw eh a v en o ts e et h er e p o r ta b o u ta d d i n gi nm e d i a nf r e q u e n c y i v 四川大学博士学位论文 h y d r a u l i cv i b r a t i o nf i e l di nt h ec o u r s eo fe x t r u s i o nm o l d i n g t h es t u d y s h o w st h a tt h ee x t r u s i o nc h a r a c t e r i s t i ci si m p r o v e du n d e rt h ev i b r a t i o nf i e l d a p p a r e n tv i s c o s i t yd e c r e a s e s w i t ht h ei n c r e a s eo fv i b r a t i o nf r e q u e n c y , t h ea p p a r e n t v i s c o s i t yd e c r e a s e st ot h em i n i m u m ，a n dt h e nb a c k su p w h e ni t b a c k su pt ot h e d e f m i t ed e g r e e ，i tk e e p si n v a r i a b l eb a s i c a l l y a f t e ri tb a c k su p ，t h ea p p a r e n tv i s c o s i t y i ss t i l ll o w e rt h a nt h ea p p a r e n tv i s c o s i t yi nt h ec o n d i t i o no fn ov i b r a t i o n t h ep r e s s u r e o fe x t r u s i o nd i ed e c r e a s e sa n dt h ee x t r a s i o nf l o wr a t ei n c r e a s e su n d e rt h ev i b r a t i o n f i e l d t h ei n f l u e n c eo ft h ev i b r a t i o ne x t r u s i o nt ot h ep r e s s u r eo fe x t r u s i o nd i ei s l a r g e rt h a nt ot h ee x t r u s i o nf l o wr a t e , i nt h ec o n d i t i o no fi n v a r i a b l ed i ep r e s s u r e ，t h ep o l y m e rm a s sf l o wr a t eu n d e rt h e v i b r a t i o nf i e l di n c r e a s e so b v i o u s l y t h em o u l du n l o a d i n ge x p a n s i o nr a t i oo ft h e e x t r u s i o ns h e e tt h a ti se x t r u d e du n d e rt h ev i b r a t i o nf i e l dd e c r e a s e s t h ev a r i e t yo f p o l y m e rm e l ta p p a r e n tv i s c o s i t yu n d e rt h ev i b r a t i o nf i e l d i s r e l a t i o n s h i pw i t h o s c i l l a t i n ga m p l i t u d e ，t h es c r e wr o t a t i o n a ls p e e do fe x t r u d e ra n dt h ed i et e m p e r a t u r e t h eb i g g e rt h eo s c i l l a t i n ga m p l i t u d ei s ，t h es t r o n g e rt h ei n f l u e n c eo fv i b r a t i o nf i e l dt o p o l y m e rm e l ti s t h ef a s t e rt h es c r e wr o t a t i o n a ls p e e di s ，t h ef e e b l e rt h ei n f l u e n c eo f v i b r a t i o nf i e l dt op o l y m e rm e l ti s t h ed i et e m p e r a t u r eh a sab e s tt e m p e r a t u r e i n t e r v a la n di nt h i st e m p e r a t u r ei n t e r v a lt h ei n f l u e n c eo fv i b r a t i o nf i e l dt oa p p a r e n t v i s c o s i t yi ss t r o n g e s t t h ee f f e c to fv i b r a t i o np a r a m e t e rt op o l y m e ra p p a r e n tv i s c o s i t y i sd e f e r e n tb e c a u s eo fm a t e r i a l 。a st ot h ef o u rk i n d so fm a t e r i a ls t u d i e di nt h i sa r t i c l e ， t h ee f f e c td e g r e et oa p p a r e n tv i s c o s i t yi sa r r a y e df r o ms t r o n gt of e e b l ei nt u m i ti s p s 、h d p e 、p p 、l d p e u s i n gr o t a r yv a l v ev i b r a t i o ne x t r u s i o ne q u i p m e n tw ea l s os t u d i e dt h ec h a n g eo f m o r p h o l o g ya n dp r o p e r t i e so fs h e e tu n d e rt h ev i b r a t i o nf i e l d t h er e s e a r c ha b o u t h d p e6 1 0 0 mv i b r a t i o ne x t r u s i o ns p e c i m e ns h o w st h a tt h em e c h a n i c a lp r o p e r t i e so f h d p e6 1 0 0 mv i b r a t i o ne x t r u s i o ns p e c i m e ni n c r e a s e su n d e rt h ee f f e c to fv i b r a t i o n f i e l d t h el o n g i t u d i n a ly i e l ds t r e n g t ho fv i b r a t i o ne x t r u s i o ns p e c i m e ni sh i g h e rt h a n t h en ov i b r a t i o ns p e c i m e n a t1 5 0 ct h el o n g i t u d i n a ly i e l ds t r e n g t hi n c r e a s e s1 1 5 t h el o n g i t u d i n a ly i e l ds t r e n g t ho fv i b r a t i o ne x t r u s i o ns p e c i m e ne x t r u d e da tl o w t e m p e r a t u r ei sh i g h e rt h a nt h el o n g i t u d i n a ly i e l ds t r e n g t ho fv i b r a t i o ne x t r u s i o n v 四川大学博士学位论文 s p e c i m e ne x t r u d e da th i g ht e m p e r a t u r e w eh a v en o ts e et h er e p o r ta b o u tt h e t r a n s v e r s ep r o p e r t i e so ft h ev i b r a t i o ne x t r u s i o ns p e c i m e n w ed e s i g n e d as l i td i ew i t hb r o a dw i d t ht op r o d u c et h es p e c i m e nt h a ti se a s yt ob e t e s t e di nt h et r a n s v e r s ed i r e c t i o n t h er e s e a r c hs h o w st h a tt h et r a n s v e r s e y i e l ds t r e n g t ho fv i b r a t i o ne x t r u s i o ns p e c i m e ni n c r e a s e st o o t h ei m p r o v e m e n t d e g r e ei sl e s s t h a nt h ei m p m v e m e n to fl o n g i t u d i n a ly i e l ds u e n g t h a t1 5 0 ct h e t r a n s v e r s ey i e l ds t r e n g t ho fv i b r a t i o ne x t r u s i o ns p e c i m e ni n c r e a s e s6 9 t h et e s t r e s u l to fs e m 、d s ca n dw a x ds h o w st h a tt h ec r y s t a lg r a i no fh d p e6 1 0 0 m v i b r a t i o ne x t r u s i o ns p e c i m e ni sr e f i n e da n dm o l e c u l a rc h a i no r i e n t s i ta l s os h o w s t h a t c r y s t a l s i z e i nt h e s p e c i m e nb e c o m e sm o r eh o m o g e n o u s ，a n dc r y s t a l l i n i t y i n c r e a s e s i nc o n c l u s i o n ，t h ev i b r a t i o nf i e l dc a nr e i n f o r c et h ei - i d p e6 1 0 0 m s p e c i m e n b u tt h er e i n f o r c e m e n te f f e c ti sn o td i s t i n c t t h er e s e a r c ha b o u th d p e6 1 0 0 m 1 1 5 8v i b r a t i o ne x t r u s i o ns p e c i m e ns h o w st h a t t h ei n f l u e n c eo fv i b r a t i o nf i e l do nt h eh d p e6 1 0 0 m 1 1 5 8s p e c i m e np r o p e r t i e s i m p r o v e sg r e a t l yw h e nw ea d di nal i t t l eh i 【g hm o l e c u l a rw e i g h th d p e1 1 5 8i nt h e o r d i n a r y m o l e c u l a rw e i 【g h th d p e t h ei o n g i t u d i n a l y i e l ds t r e n g t h o fv i b r a t i o n e x t r u s i o ns p e c i m e ni nt h ed e f e r e n tt e c h n o l o g i c a lc o n d i t i o n si sl l i g h e rt h a nt h en o v i b r a t i o ns p e c i m e n m o r e o v e r , e l o n g a t i o na tr u p t u r ei n c r e a s e s w h e nt h eo s c i l l a t i n g a m p l i t u d ei sl m m ，t h el o n g i t u d i n a ly i e l ds t r e n g t hi n c r e a s e s2 7 9 ，a n de l o n g a t i o n i n c r e a s e s6 3 5 2 w h e nt h eo s c i l l a t i n ga m p l i t u d ei s2 m m ，t h el o n g i t u d i n a ly i e l d s t r e n g t hi n c r e a s e s1 2 3 ，a n de l o n g a t i o ni n c r e a s e s5 3 7 7 t h et r a n s v e r s ey i e l d s t r e n g t ho fv i b r a t i o ne x t r u s i o ns p e c i m e ni n c r e a s e sc o m p a r e dt o t h en ov i b r a t i o n s p e c i m e n w h e nt h eo s c i l l a t i n ga m p l i t u d ei sl m m ，t h et r a n s v e r s ey i e l ds t r e n g t ho f v i b r a t i o ne x t r u s i o ns p e c i m e ni n c r e a s e s3 2 5 h o w e v e r , w h e nt h eo s c i l l a t i n g a m p l i t u d ei s2 m m ，t h et r a n s v e r s ey i e l ds t r e n g t ho fv i b r a t i o ne x t r u s i o ns p e c i m e n i n c r e a s e s1 6 5 t h et e s tr e s u l to fs e m 、d s ca n dw a x ds h o w st h a tt h e m i c r o c r y s t a l l i n es i z ed e c r e a s e s 、t h ec r y s t a lg r a i no f v i b r a t i o ne x t r u s i o ns p e c i m e ni s r e f i n e da n dm o l e c u l a rc h a i no r i e n t sa l o n gt h ee x t r u s i o nd i r e c t i o n i ta l s os h o w st h a t c r y s t a l l i n i t yi n c r e a s e sa n dc r y s t a ls i z eb e c o m e sm o r eh o m o g e n o u s b e c a u s eo ft h e s h e a ri n d u c e dc r y s t a l l i z a t i o n ，t h ei m p r o v e m e n te f f e c to nt h eh d p e6 1 0 0 m 1 1 5 8 v i 四川大学博士学位论文 s p e c i m e no ft h ev i b r a t i o nf i e l di sb i g g e rt h a n t h ee f f e c to nt h eh d p e 6 1 0 0 m s p e c i m e n t h er e s e a r c ha b o u tp pf 4 0 1v i b r a t i o ne x t r u s i o ns p e c i m e ns h o w st h a tt h e l o n g i t u d i n a ly i e l ds t r e n g t ho fv i b r a t i o ne x t r u s i o ns p e c i m e na tt h ed e f e r e n tv i b r a t i o n f r e q u e n c yi sh i # o rt h a nt h en o n - v i b r a t i o ns p e c i m e n t h el o n g i t u d i n a ly i e l ds t r e n g t h c a ni n c r e a s e9 1 2 a t1 6 0t h et r a n s v e r s ey i e l ds t r e n g t hc a na l s oi n c r e a s eal i t t l e 。 m o r e o v e r , t h eo s c i l l a t i n ga m p l i t u d ec a na f f e c t t h ey i e l ds t r e n g t ho fv i b r a t i o n e x t r u s i o ns p e c i m e n t h el o n g i t u d i n a ly i e l ds t r e n g t ho ft h ev i b r a t i o ne x t r u s i o n s p e c i m e np r o d u c e d a td i f f e r e n to s c i l l a t i n g a m p l i t u d e i s h i g h e r t h a nt h a to f n o n - v i b r a t i o ns p e c i m e n t h et e s tr e s u l to fs e m 、d s ca n dw a x ds h o w st h a tt h ei p p s p e c i m e nt h a ti se x t r u d e du n d e rt h ev i b r a t i o nf i e l dh a v ef o r m e d bc r y s t a l 、c r y s t a l p l a t e sb e c o m et h i n 、t h ec r y s t a lg r a i no fv i b r a t i o n e x t r u s i o ns p e c i m e ni sr e f i n e da n d c r y s t a l l i n i t yi n c r e a s e s i n t h ec o n d i t i o no f b i go s c i l l a t i n ga m p l i t u d e a n dh i g h v i b r a t i o nf r e q u e n c y , c r y s t a l l i n i t yo fs p e c i m e ni n c r e a s e sd i s t i n c t l y t h er e s e a r c ha b o u tp pv i b r a t i o ne x t r u s i o ns p e c i m e nt h a ti sa d d e di n 1 3 n u c l e a t o rs h o w st h a tt h el o n g i t u d i n a ly i e l ds t r e n g t ha n dy o u n g sm o d u l u so ft h e s p e c i m e nb o t hd e c r e a s e b u tt h ee l o n g a t i o n si n c r e a s e t h el o n g i t u d i n a ly i e l ds t r e n g t h o ft h en o n v i b r a t i o ns p e c i m e ni s2 8 9 9 m p a t h el o n g i t u d i n a ly i e l ds t r e n g t ho ft h e s p e c i m e nw h i c hv i b r a t i o nf r e q u e n c yi s9 3 h zi s2 5 2 1 m p a i td e c r e a s e s1 3 t h e t r a n s v e r s ey i e l ds t r e n g t ho ft h ev i b r a t i o ns p e c i m e ni sa l s ol o w e rt h a nt h a to f n o n v i b r a t i o ns p e c i m e n t h et e s tr e s u l to fs e m 、d s ca n dw a x ) s h o w st h a t b c r y s t a lc o n t e n to ft h ev i b r a t i o ns p e c i m e ni n c r e a s e sd i s t i n c t l yu n d e rt h ev i b r a t i o nf i e l d ， t h ec r y s t a lg r a i ni sr e f i n e d ，m o l e c u l a rc h a i no r i e n t a t i o nb e c o m e sm o r ed i s t i n c t ， c r y s t a ls i z ei nt h es p e c i m e nb e c o m e sm o r eh o m o g e n o u sa n dt h ec r y s t a l l i n i t yo f 1 5 c r y s t a li n c r e a s e sg r e a t l y k e y w o r d s ：v i b r a t i o nf i e l d e x t r u s i o nm o l d i n gr o t a t i o n a lv a l v ev i b r a t i o n e x t r u s i o ne q u i p m e n t r h e o l o g i c b e h a v i o rm e c h a n i c a lp r o p e r t i e s v i i 谨向支持本课题的国家自然科学基金委 表示衷心的感谢! w eg r a t e f i u l lya c k n o w le d g et h en a tjo n a ln a t u v a l s c i o n c of o u n d a t i o no fc h i n a ( 1 k o 5 0 1 7 3 0 5 3 ，1 0 5 9 0 3 5 2 ) r o rs u p p or 1or1 ，h e s eir i v e s li g a li 0 1 1 s1 四川大学博士学位论文研究创新自评表 学科专业材料加工工程学科代码 0 8 0 5 0 3 日期2 0 0 5 年5 月 论文作者院( 系、高分子材料科学与 姓名 高雪芹导师申开智 所)工程学院 论文题目聚合物在振动场中挤出成型时的流变行为和产品结构与性能的研究 1 _ 研制出一套振动频率接近1 0 0 h z ，频率振幅皆可调的转阀式液压振动挤出成型装置，振动器的 转阀与往复式液压阀相比可以大大提高振动频率，双出杆型振动油缸的振幅调节简单易行，频 率和振幅皆可在大范围内进行调节。由于液压振动强度较高，可使聚合物熔体受到高压贯穿式 振动场的作用，使振动场对聚合物熔体的作用大大增强，该振动的装置的设计方案为原创性思 维，可有效控制试样的凝聚态结构、提高其性能，具有很强的实用性和工业化前景。 2 利用自行研制的振动挤出装置研究了振动场对聚合物加工流变性能的影响，关于振动场对聚 台物加工流变行为的研究，已有很多报道，但是在挤出成型加工过程中引入中频( 0 1 0 0 h z ) 液压振动场并研究振动参数对聚合物熔体流变行为影响的工作则未见报道。研究表明振动场对 聚合物的流变性能作用效果非常显著。例如h d p e 和p s 在振幅为2 m 的振动条件下表观粘度分 别可降低2 8 0 5 和3 6 6 6 。 3 为了研究振动条件对聚合物制品力学性能和凝聚态结构的影响，自行研制了带有狭缝口模与 振动秆配吾的挤出机头，现有报遭币关于菝动挤氆对翻鼯任琵影响甬研秃二船8 只迸行了话挤 出方向制品单向性能提高的研究，为了不仅可以做纵向性能测试还可以对横向进行力学性能测 试，设计了宽度较大的狭缝口模，实验研究表明，振动挤出试样不仅纵向屈服强度得到提高， 横向屈服强度也有显著提高， i d p e 6 1 0 0 m 1 1 5 8 振动挤出试样的横向屈服强度最大可提高3 2 5 。 实验证明振动试样性能的提高是全方位的，这在前人文献中未见报道。 4 研究了振动场对熔融态聚合物挤出的影响，前人研究表明在熔融状态下取向的大分子在挤出 过程中迅速松弛，恢复，所产生的剪切取向和特殊的凝聚态结构很难保留在制品中，我们采用 了多种措施将在振动场中在熔体内形成的特殊凝聚态结构保留在制品中，利崩自行研制的振动 挤出装置对聚合物片材试样进行的研究表明振动挤出的聚合物片材试样纵横向强度都有不同程 度的提高，这是非常可喜的发现。 5 研究了在普通分子量的h d p e 中加入少量( 4 ) 高分子量的皿p e1 1 5 8 时振动场中高分子量的 h d p e 对普通分子量h d p e 的诱导结晶作用。研究结果表明由于剪切诱导结晶作用，振动场对h d p e 6 1 0 0 m 1 1 5 8 挤出试样性能的改善作用远远大于对纯h d p e6 1 0 0 m 试样性能的改善。振幅为1 r a m 时，纵向屈服强度提高2 7 9 ，断裂伸长率提高6 3 5 2 ，横向屈服强度最大可提高3 2 5 。 6 研究了在振动场中挤出成型的加有b 成核剂的聚丙烯试样力学性能和凝聚态结构的变化。研 究表明，加b 成核剂的p p 试样在振动场作用下挤出时其b 晶含量比未振动试样大大提高。 四川大学博士学位论文 1 前言 1 1 研究背景 1 1 1 挤出成型概述 挤出成型在塑料制品成型中占有很重要的地位，经挤出制成的产品最常见 的有管、棒、板、薄膜、单丝、电线、电缆等塑料包覆物，各种形式的异型材， 以及造粒、挤网、中空制品坯管等。挤出成型是借助螺杆的挤压作用，使受熟 熔融的高分子物料在压力推动下强制通过口模而成为具有恒定截面积连续型材 时的成型方法，这种方法的特点是生产效率高，设备成本低，适应性强，适用 于绝大多数热塑性塑料和部分热固性塑料。挤出生产线的总过程包括加料、塑 化、成型和定型四个过程。塑化过程是保证产量和质量的关键