超聲作用茂金屬聚乙烯及其共混體系流變行為及結構與性能的演變

1、超聲作用茂金屬聚乙烯及其共混體系流變行為及結構與性能的演變本文對現(xiàn)有的超聲擠出加工一體化設備進行了優(yōu)化設計, 使其能適用于茂金屬聚乙烯 (mPE)及其共混體系的擠出加工, 對擠出工程中超聲作用對mPE及其與低密度聚乙烯 (LDPE)和與聚丙烯 (PP) 二元共混體系的加工流變行為、mPE及其共混體系經(jīng)超聲擠出后結構與性能的演變進行了系統(tǒng)的研究, 為改善 mPE的加工性能和拓寬其應用領域提供了新途徑。提出了 mPE在超聲作用下分子結構的演變機理。mPE在超聲作用下分子量會出現(xiàn)先降低后增加的變化趨勢, 分子量分布變寬 ,分子中支鏈和交聯(lián)結構有所增加, 表現(xiàn)出不同的逐步等溫結晶行為。研究了超聲作用下

2、 mPE及其與 LDPE和與 PP二元共混體系的加工流變行為。超聲作用能顯著降低mPE及其共混體系在擠出加工過程中的擠出壓力、表觀粘度 , 提高擠出產(chǎn)量 , 降低加工溫度 , 有效地改善了 mPE的加工性能 ; 超聲頻率的增加 , 功率越大 , 熔體表觀粘度越低 , 平均作用時間越長 , 熔體表觀粘度降低的程度也越大。施加 250W超聲擠出可使 mPE加工溫度降低 18、口模壓力降低 45%、擠出產(chǎn)量增加 1 倍, 而表觀粘度則會降低近50%。不同口模材質(zhì)對 mPE擠出口模壓力、擠出流量和擠出物表面質(zhì)量有著顯著的影響。與普通鑄鐵口模相比, 經(jīng)聚四氟乙烯 (PTFE)口模擠出 mPE熔體的口模壓

3、力降低近 60%,擠出流量增加 1.5 倍, 表觀粘度降低 65%,擠出物表面光滑 , 基本無缺陷 , 出現(xiàn)熔體破裂的臨界剪切速率提高了近 3 倍。經(jīng) PTFE口模和超聲擠出能顯著提高 mPE熔體與口模毛細管壁面的滑移速率。超聲射流產(chǎn)生強烈的沖擊作用使共混體系的分散相破碎變小, 促進了分散相在基體中的均勻分散 , 細小的分散相在剪切作用下仍然會表現(xiàn)出取向形態(tài); 在相同剪切速率條件下 , 經(jīng) PTFE口模擠出具有較低的剪切應力, 導致分子沿流動方向取向程度明顯降低 , 分散相尺寸明顯增加。在 mPE的擠出過程中 , 超聲波所提供的能量場作用、高頻剪切振動和射流<WP=6&g

4、t; 的力場作用 , 使分子間作用力減弱 , 鏈段活動性增強 , 破壞熔體中的交聯(lián)空間網(wǎng)狀結構 , 降低分子鏈纏結程度 , 從分子水平上改變了材料在加工過程中的流變行為和粘彈性 , 有效地改善了 mPE的加工性能。利用高壓毛細管流變儀和動態(tài)流變儀研究了經(jīng)超聲作用mPE擠出物的流變行為。超聲擠出會導致 mPE動態(tài)交叉點模量升高 , 特征松弛時間增加 , 復數(shù)粘度和零剪切粘度有所增加。 LDPE組分的加入 , 會增加 mPE的頻率敏感性 , 經(jīng)超聲擠出后共混體系的動態(tài)交叉點模量降低, 特征松弛時間增加 , 復數(shù)粘度和零剪切粘度有所降低。PP組分的加入 , 會降低 mPE的零剪切粘度 , 和活化能增

5、加 , 彈性有所降低 , 經(jīng)超聲擠出后共混體系的動態(tài)交叉點模量會增加, 分散相對體系粘彈行為的影響增強 , 相容性得到了改善。 經(jīng)超聲擠出后 mPE的熔點和結晶溫度變化不大 , 結晶度略有降低 , 晶相結構沒有發(fā)生大的變化但晶面間距降低 , 晶體尺寸略有減小 ,mPE擠出物的熱穩(wěn)定性有所提高。經(jīng) 200W超聲擠出會使 mPE分子量增大 , 高分子量部分明顯增加 , 增加分子間的相互作用和纏結程度 , 降低分子鏈段的活動性 , 儲能模量增加 , 和松弛向高溫方向移動 , 對應峰強有所增加。超聲擠出會導致 mPE/LDPE共混體系中產(chǎn)生的支鏈含量較多的 mPE分子鏈段進入 LDPE結晶相 , 結晶度有所增加 , 而對 mPE/PP共混體系的熔融和結晶行為影響不明顯。mPE優(yōu)異的力學性能沒有因為共混組分(LDPE或 PP)的加入以及超聲作用受到損害。超聲擠出會明顯增強mPE-2