应力诱导反应对聚合物流变行为和性能影响的研究

论文题目: 应力诱导反应对聚合物流变行为和性能影响的研究

论文类型: 博士论文

论文专业: 材料学

作者: 邹华维

导师: 徐僖

关键词: 应力诱导反应,形态结构,流变行为,固相剪切混合

文献来源: 四川大学

发表年度: 2005

论文摘要: 高分子材料制品的质量取决于材料的选择和加工性能,一些具有优异性能的聚合物由于可加工性的限制,发展缓慢。本文选择了具有一定代表性的难于加工的聚合物,采用SEM、FT-IR、GPC、XRD、转矩流变仪和高压毛细管流变仪等分析测试方法研究了mPE、UHMWPE、UHMWPE/HDPE和PVC等体系在碾磨力场作用下形态结构、加工流变行为和性能的变化及机理。研究结果表明:由于磨盘形力化学反应器的独特结构,碾磨产生的强大挤压、剪切和环向应力场作用能够有效改变聚合物的微观形貌和结构,利用应力诱导反应实现了难加工聚合物加工流变行为的改善和性能的提高,突破了传统加工改性方法的诸多限制和弊端,为聚合物的加工改性和高性能化开辟了一条操作简便、清洁、高效、无污染和易于工业化的新途径。1.碾磨可使mPE分子量下降,支化度提高,生成单斜晶系。经10次碾磨处理,mPE熔体流动指数从1.91 g/10min提高到3.28 g/10min(230℃,2.16kg)。碾磨可使mPE熔体表观粘度降低,熵弹性减小,粘流活化能增大,粘度对温度的敏感性提高,出现不稳定流动的临界剪切速率提高,熔融时间缩短,机器负荷降低,挤出物外观质量得到显著提高。碾磨处理在保持mPE优异的冲击性能同时,可提高制品的断裂强度、断裂伸长率和杨氏模量,使mPE的力学性能得到增强。经碾磨15次,UHMWPE熔体流动指数从0 g/10min提高到0.096g/10min(250℃,21.6kg),屈服强度和杨氏模量提高,断裂伸长率变化不大,断裂强度略有下降。2.HDPE的加入可使UHMWPE的加工流动性获得改善,经10次碾磨处理的UHMWPE/HDPE(70/30)共混体系熔体流动指数达到0.926g/10min,是未经碾磨样品的4倍,能够采用一般设备进行加工。碾磨可有效解决UHMWPE和HDPE共混时粘度不匹配的难题,改善共混体系的相态结构,力学性能得到全面提高,经10次碾磨处理UHMWPE/HDPE(70/30)的断裂强度、屈服强度、杨氏模量和断裂伸长率从未经碾磨处理试样的30.4MPa、24.16MPa、765.8MPa、505.8%分别提高到41.0MPa、25.4MPa、1163MPa、530.4%,亦全面高于未经碾磨处理的UHMWPE试样的36.9MPa、22.6MPa、491.9MPa、386.8%。3.碾磨处理可使PVC固有的多层次结构和微晶结构破坏,分子量下降。经过10次碾磨处理,PVC S1000粒径从160μm下降至3.3μm,塑化时间从132s降至33s,塑化速率和熔融效率提高,平衡扭矩从22.1Nm降至18.6Nm,挤出产物的表观质量提高、离模膨胀减小,加工性能得到明显改善。碾磨处理可使PVC制品塑化度提高,力学性能改善,经过10次碾磨处理PVC S1000屈服强度和杨氏模量分别从58.5 MPa、2.36 GPa提高到66.2 MPa、2.94 GPa。研究发现经碾磨处理的PVC不经过熔融塑化阶段即可获得较高的塑化度。4.PVC的冲击强度为4.6kJ/m2,PVC/SBS共碾磨可生成PVC-SBS共聚物,有效改善了PVC/SBS共混体系的相容性,经10次碾磨处理PVC/SBS(100/8)共混材料的冲击强度从22.4 kJ/m2提高到72.4 kJ/m2,增韧效果大幅提升,屈服强度、断裂伸长率和杨氏模量均得到一定程度改善。共碾磨可促进超细无机粒子在聚合物基体中均匀分散,避免粒子团聚现象发生,有利于力学性能的提高。经过10次碾磨处理的PVC/SBS/CaCO3(100/8/4)三元共混材料在大幅提高韧性的同时保持了良好的刚性,冲击强度66.3 kJ/m2、屈服强度56.7 MPa、断裂伸长率达到92.9%、杨氏模量2.39GPa,综合性能得到优化。5.利用激光瞬时高能量特点,首次实现了PVC的激光非晶化处理。经激光处理的PVC的红外光谱中与微晶有关吸收峰强度减弱或消失,粒子微观形貌和分子量及其分布变化不大,玻璃化温度降低,PVC塑化性能有一定改善。

论文目录:

摘要

ABSTRACT

第1章 前言

1.1 引言

1.2 应力诱导反应在高分子材料中的应用

1.2.1 高分子力化学降解反应

1.2.2 高分子力化学共聚反应

1.3 高分子固相力化学反应设备

1.4 高分子固相力化学发展趋势

1.5 聚合物加工流变行为及加工改性研究

1.5.1 茂金属聚乙烯加工流变行为及研究进展

1.5.2 超高分子量聚乙烯的加工研究进展

1.5.2.1 超高分子量聚乙烯的加工成型现状

1.5.2.2 超高分子量聚乙烯的流动改性

1.5.3 聚氯乙烯增塑增韧加工改性的研究

1.6 聚合物共混增韧改性机理的研究

1.7 本文研究目的、意义和创新点

第2章 实验部分

2.1 主要实验原料及试剂

2.2 主要实验设备

2.3 样品制备

2.3.1 聚合物磨盘碾磨实验

2.3.2 材料成型

2.4 测试与表征

2.4.1 扫描电子显微镜

2.4.2 粒度分析

2.4.3 分子量及其分布测定

2.4.4 粘均分子量的测定

2.4.5 红外光谱分析

2.4.6 紫外光谱分析

2.4.7 高分辨核磁共振分析

2.4.8 广角X-射线衍射分析

2.4.9 DSC 热分析

2.4.10 熔体流动指数测定

2.4.11 Haake 塑化行为测试

2.4.12 高压毛细管流变行为测试

2.4.13 Molau 实验

2.4.14 冲击性能测试

2.4.15 拉伸性能测试

第3章 应力诱导反应对mPE 加工流变行为和性能影响的研究

3.1 碾磨作用下mPE 的形貌分析

3.2 mPE 碾磨前后的红外分析

3.3 碾磨对mPE 分子量及其分布的影响

3.4 碾磨对mPE 支化结构的影响

3.5 碾磨mPE 的X 射线衍射分析

3.5.1 碾磨对mPE 结晶结构的影响及其机理的研究

3.5.2 碾磨过程mPE 晶粒尺寸的变化

3.6 碾磨mPE 的DSC 分析

3.7 碾磨对mPE 熔体流动速率的影响

3.8 mPE 高压毛细管流变行为

3.8.1 碾磨对mPE 高压毛细管流变行为的影响

3.8.2 碾磨对mPE 入口弹性效应的影响

3.8.3 碾磨对mPE 粘流活化能的影响

3.8.4 碾磨对mPE 不稳定流动及挤出物外观的影响

3.9 Haake 塑化行为测试

3.10 碾磨对mPE 力学性能的影响

3.11 本章小结

第4章 应力诱导反应对UHMWPE 及UHMWPE/HDPE 共混体系加工流变行为和性能影响的研究

4.1 碾磨对UHMWPE 结构的影响

4.1.1 碾磨对UHMWPE 微观形貌的影响

4.1.2 经过碾磨UHMWPE 的红外分析

4.1.3 碾磨对UHMWPE 分子量的影响

4.1.4 碾磨对UHMWPE 结晶结构的影响

4.1.5 碾磨UHMWPE 的DSC 分析

4.2 碾磨对UHMWPE 熔体流动速率的影响

4.3 碾磨对UHMWPE 力学性能的影响

4.4 碾磨对UHMWPE/HDPE 结构的影响

4.4.1 UHMWPE/HDPE 共碾磨物的形貌分析

4.4.2 碾磨对UHMWPE/HDPE 共混体系特性粘数的影响

4.4.3 碾磨对UHMWPE/HDPE 共混体系结晶结构的影响

4.4.4 碾磨过程UHMWPE/HDPE 共混体系的DSC 分析

4.5 碾磨对UHMWPE/HDPE 加工流变行为的影响

4.5.1 碾磨对UHMWPE/HDPE 熔体流动速率的影响

4.5.2 UHMWPE/HDPE 共混体系的转矩流变实验

4.5.3 碾磨对UHMWPE/HDPE 塑化产物微观形貌的影响

4.5.4 碾磨对UHMWPE/HDPE 体系高压毛细管流变行为的影响

4.6 碾磨对UHMWPE/HDPE 体系力学性能的影响

4.7 本章小结

第5章 应力诱导反应对PVC 加工流变行为和性能影响的研究

5.1 碾磨过程聚氯乙烯形态结构变化研究

5.1.1 碾磨过程PVC 粒径变化

5.1.2 碾磨过程PVC 微观形貌的变化

5.1.3 碾磨对PVC 微晶结构的影响

5.1.4 碾磨过程PVC 分子量及其分布变化

5.1.5 碾磨过程PVC 核磁共振分析

5.2 碾磨对聚氯乙烯加工流变性能影响的研究

5.2.1 碾磨对PVC 塑化行为的影响

5.2.2 碾磨对PVC 塑化温度的影响

5.2.3 碾磨对PVC 高压毛细管流变行为的影响

5.2.4 碾磨对PVC 挤出物表面质量的影响

5.2.5 碾磨对PVC 毛细管挤出离模膨胀的影响

5.3 碾磨对聚氯乙烯制品性能的影响

5.3.1 碾磨对PVC 制品结晶结构的影响

5.3.2 碾磨对PVC 玻璃化转变温度的影响

5.3.3 碾磨对PVC 力学性能的影响

5.3.4 碾磨对PVC 塑化度的影响

5.3.5 PVC 在碾磨过程中的“固相塑化”现象

5.4 PVC 加工塑化行为的影响因素研究

5.4.1 激光处理对PVC 形态结构和加工性能的影响

5.4.1.1 激光处理对PVC 树脂形貌的影响

5.4.1.2 激光处理对PVC 微晶结构的影响

5.4.1.3 激光处理对PVC 分子量及其分布的影响

5.4.1.4 激光处理对PVC 玻璃化温度的影响

5.4.1.5 激光处理对PVC 加工性能的影响

5.4.2 微观形貌和分子量对PVC 加工性能的影响

5.5 本章小结

第6章 基于应力诱导反应制备高性能PVC 共混材料的研究

6.1 碾磨对PVC/SBS 共混体系结构性能影响的研究

6.1.1 碾磨作用下PVC/SBS 链段共聚合反应

6.1.2 共碾磨PVC/SBS 的GPC 分析

6.1.3 PVC/SBS 共碾磨物的红外光谱分析

6.1.4 PVC/SBS 共碾磨物的紫外光谱分析

6.1.5 共碾磨对PVC/SBS 体系玻璃化温度的影响

6.1.6 共碾磨对PVC/SBS 共混体系力学性能的影响

6.1.7 PVC/SBS 共混体系的SEM 分析

6.2 碾磨对PVC/CaCO_3 共混体系结构性能的影响

6.2.1 碾磨对PVC/CaCO_3 共混体系力学性能的影响

6.2.2 PVC/CaCO_3 共混体系的SEM 分析

6.3 碾磨对PVC/SBS/CaCO_3 共混体系结构性能影响的研究

6.4 本章小结

第7章 结论

参考文献

附录：攻读博士学位期间发表的论文及参加的研究项目

致谢

发布时间: 2009-05-18

参考文献

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• [2].辐照及老化对超高分子量聚乙烯/氧化石墨烯复合材料力学和摩擦学性能的影响及其微观机理研究[D]. 黄国栋.江南大学2017
• [3].聚乙烯基复合材料的导电机理及电热性能研究[D]. 张荣.大连理工大学2014
• [4].增强PA6基多相摩擦材料及其摩擦磨损特性研究[D]. 游一兰.中南大学2014
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