水辅混炼挤出促进石墨烯分散和共混物形态演变及其机理
发布时间：2022-10-03 21:56
熔融混炼挤出是一种经济高效的聚合物基纳米复合材料制备方法,在挤出过程中实现纳米粒子在聚合物基体中的良好剥离和分散一直是制备高性能聚合物基纳米复合材料所面临的重要挑战。本文基于数值模拟结果组合连续性水辅混炼挤出（WAME）用双螺杆挤出机的螺杆结构,用于制备聚偏二氟乙烯（PVDF）/石墨烯,聚苯乙烯（PS）/PVDF和聚酰胺6（PA6）/PVDF共混物及其石墨烯复合材料。通过促进石墨烯在聚合物基体中的分散,实现较低石墨烯含量下复合材料的导热和介电性能的改善。利用高压流变仪研究水对聚合物流变性能的影响,结合材料的微观结构和宏观性能,分析水辅混炼挤出促进石墨烯分散和共混物形态演变的机理。聚合物熔体在不同螺杆结构所形成流道中的流动的数值模拟结果表明,在反向螺纹元件上游布置捏合块特别是错列角为90?捏合块,有利于提高整个流道内的熔体压力,从而保证混炼挤出过程中注入的水以液态的形式存在。计算不同螺杆结构所形成流道中液滴的比毛细数,并用于评估不同螺杆结构对液滴的分散混合能力。结果表明,使用含有捏合块的螺杆结构,获得的最大比毛细数较大,即该螺杆的分散混合效率较高。采用WAME制备PVDF/氧化石墨烯（G...
【文章页数】：137 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
符号说明
第一章 绪论
1.1 水辅混炼挤出研究现状
1.1.1 水辅混炼挤出实现方法
1.1.2 水辅混炼挤出参数对材料性能的影响
1.1.3 纳米粒子的结构与化学性质对材料性能的影响
1.1.4 水辅混炼挤出聚合物基纳米复合材料的性能
1.1.5 水辅混炼挤出共混物基复合材料的性能研究
1.1.6 水的作用机理
1.2 石墨烯的结构与应用
1.3 聚合物/石墨烯纳米复合材料研究现状
1.3.1 制备方法
1.3.2 性能研究
1.3.3 氧化石墨烯的原位还原
1.3.4 共混物/石墨烯纳米复合材料的性能
1.4 尚存在的问题与不足
第二章 研究方案和实验设备、原料与方法
2.1 研究方案和主要研究内容
2.1.1 研究方案
2.1.2 主要研究内容
2.1.3 研究意义
2.2 实验设备
2.3 原料
2.4 样品制备、配方和工艺
2.5 测试与表征
2.5.1 在线剪切流变性能测试
2.5.2 动态流变性能测试
2.5.3 微观结构和相形态
2.5.4 GO还原程度的表征
2.5.5 导热性能测试
2.5.6 电学性能测试
2.5.7 拉伸性能测试
2.5.8 热稳定性能测试
第三章 水辅混炼挤出过程中螺杆的建压和分散混合能力
3.1 水辅混炼挤出对螺杆结构的要求
3.2 水辅混炼挤出流场的数值模拟
3.2.1 假设条件和基本方程
3.2.2 本构模型
3.2.3 几何模型与网格划分
3.2.4 边界条件和初始条件
3.3 模拟结果与讨论
3.3.1 压力场
3.3.2 剪切速率场
3.3.3 混炼指数
3.3.4 分散混合能力
3.4 螺杆结构组合
3.5 本章小结
第四章 水辅混炼挤出促进GO分散及PVDF/GO纳米复合材料的结晶与力学性能
4.1 实验部分
4.1.1 GO悬浮液制备与表征
4.1.2 PVDF/GO纳米复合材料制备
4.1.3 PVDF/GO纳米复合材料样品测试与表征
4.2 GO的微观结构
4.3 复合材料的结构与性能
4.3.1 微观结构
4.3.2 晶体结构
4.3.3 动态流变性能
4.3.4 拉伸性能
4.4 本章小结
第五章 水辅混炼挤出促进GO原位热还原及PVDF/GO纳米复合材料的导热性能
5.1 实验部分
5.1.1 GO悬浮液制备
5.1.2 PVDF/GO纳米复合材料制备
5.1.3 PVDF/GO纳米复合材料中GO粉末的萃取
5.1.4 测试与表征
5.2 PVDF/GO纳米复合材料的导热性能及其改善的机理
5.2.1 导热性能
5.2.2 导热性能改善的机理
5.3 PVDF和PVDF/GO纳米复合材料的电导率
5.4 PVDF/GO纳米复合材料的热稳定性
5.5 本章小结
第六章 水辅混炼挤出促进GO对PS/PVDF共混物的增容效应
6.1 实验部分
6.1.1 GO悬浮液制备
6.1.2 PS/PVDF共混物及PS/PVDF-GO共混物纳米复合材料制备
6.1.3 测试与表征
6.2 GO的微观结构
6.3 水辅混炼挤出过程中GO对PS/PVDF共混物的增容效应
6.4 共混物复合材料的性能
6.4.1 拉伸性能
6.4.2 流变性能
6.4.3 热性能
6.5 本章小结
第七章 水辅混炼挤出促进PA6/PVDF共混物形态演变和改善其复合材料介电性能
7.1 实验部分
7.1.1 膨胀石墨的制备与表征
7.1.2 共混物及PA6/PVDF/EG共混物复合材料制备与表征
7.2 共混物的相形态与结晶行为
7.2.1 相形态
7.2.2 结晶行为
7.3 PA6/PVDF/EG共混物复合材料的微观结构与结晶行为
7.3.1 PA6/PVDF/EG共混物复合材料的微观结构
7.3.2 PA6/PVDF/EG共混物复合材料的结晶行为
7.4 PA6/PVDF共混物及其复合材料的介电性能
7.5 本章小结
第八章 水促进石墨烯分散和共混物相形态演变的机理分析
8.1 高压水条件下聚合物的流变行为
8.1.1 测试方法
8.1.2 水分子对不同聚合物流变性能的影响
8.1.3 剪切作用下水分子对聚合物粘度的影响
8.2 水辅混炼挤出过程中水促进GO在PVDF熔体中分散的机理
8.3 水辅混炼挤出过程中水促进共混物相形态演变的机理
8.3.1 PS/PVDF共混物
8.3.2 PA6/PVDF共混物
8.4 本章小结
结论
创新点
参考文献
攻读博士学位期间取得的研究成果
致谢
附件
本文编号：3684890
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【学位级别】：博士
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摘要
Abstract
符号说明
第一章 绪论
1.1 水辅混炼挤出研究现状
1.1.1 水辅混炼挤出实现方法
1.1.2 水辅混炼挤出参数对材料性能的影响
1.1.3 纳米粒子的结构与化学性质对材料性能的影响
1.1.4 水辅混炼挤出聚合物基纳米复合材料的性能
1.1.5 水辅混炼挤出共混物基复合材料的性能研究
1.1.6 水的作用机理
1.2 石墨烯的结构与应用
1.3 聚合物/石墨烯纳米复合材料研究现状
1.3.1 制备方法
1.3.2 性能研究
1.3.3 氧化石墨烯的原位还原
1.3.4 共混物/石墨烯纳米复合材料的性能
1.4 尚存在的问题与不足
第二章 研究方案和实验设备、原料与方法
2.1 研究方案和主要研究内容
2.1.1 研究方案
2.1.2 主要研究内容
2.1.3 研究意义
2.2 实验设备
2.3 原料
2.4 样品制备、配方和工艺
2.5 测试与表征
2.5.1 在线剪切流变性能测试
2.5.2 动态流变性能测试
2.5.3 微观结构和相形态
2.5.4 GO还原程度的表征
2.5.5 导热性能测试
2.5.6 电学性能测试
2.5.7 拉伸性能测试
2.5.8 热稳定性能测试
第三章 水辅混炼挤出过程中螺杆的建压和分散混合能力
3.1 水辅混炼挤出对螺杆结构的要求
3.2 水辅混炼挤出流场的数值模拟
3.2.1 假设条件和基本方程
3.2.2 本构模型
3.2.3 几何模型与网格划分
3.2.4 边界条件和初始条件
3.3 模拟结果与讨论
3.3.1 压力场
3.3.2 剪切速率场
3.3.3 混炼指数
3.3.4 分散混合能力
3.4 螺杆结构组合
3.5 本章小结
第四章 水辅混炼挤出促进GO分散及PVDF/GO纳米复合材料的结晶与力学性能
4.1 实验部分
4.1.1 GO悬浮液制备与表征
4.1.2 PVDF/GO纳米复合材料制备
4.1.3 PVDF/GO纳米复合材料样品测试与表征
4.2 GO的微观结构
4.3 复合材料的结构与性能
4.3.1 微观结构
4.3.2 晶体结构
4.3.3 动态流变性能
4.3.4 拉伸性能
4.4 本章小结
第五章 水辅混炼挤出促进GO原位热还原及PVDF/GO纳米复合材料的导热性能
5.1 实验部分
5.1.1 GO悬浮液制备
5.1.2 PVDF/GO纳米复合材料制备
5.1.3 PVDF/GO纳米复合材料中GO粉末的萃取
5.1.4 测试与表征
5.2 PVDF/GO纳米复合材料的导热性能及其改善的机理
5.2.1 导热性能
5.2.2 导热性能改善的机理
5.3 PVDF和PVDF/GO纳米复合材料的电导率
5.4 PVDF/GO纳米复合材料的热稳定性
5.5 本章小结
第六章 水辅混炼挤出促进GO对PS/PVDF共混物的增容效应
6.1 实验部分
6.1.1 GO悬浮液制备
6.1.2 PS/PVDF共混物及PS/PVDF-GO共混物纳米复合材料制备
6.1.3 测试与表征
6.2 GO的微观结构
6.3 水辅混炼挤出过程中GO对PS/PVDF共混物的增容效应
6.4 共混物复合材料的性能
6.4.1 拉伸性能
6.4.2 流变性能
6.4.3 热性能
6.5 本章小结
第七章 水辅混炼挤出促进PA6/PVDF共混物形态演变和改善其复合材料介电性能
7.1 实验部分
7.1.1 膨胀石墨的制备与表征
7.1.2 共混物及PA6/PVDF/EG共混物复合材料制备与表征
7.2 共混物的相形态与结晶行为
7.2.1 相形态
7.2.2 结晶行为
7.3 PA6/PVDF/EG共混物复合材料的微观结构与结晶行为
7.3.1 PA6/PVDF/EG共混物复合材料的微观结构
7.3.2 PA6/PVDF/EG共混物复合材料的结晶行为
7.4 PA6/PVDF共混物及其复合材料的介电性能
7.5 本章小结
第八章 水促进石墨烯分散和共混物相形态演变的机理分析
8.1 高压水条件下聚合物的流变行为
8.1.1 测试方法
8.1.2 水分子对不同聚合物流变性能的影响
8.1.3 剪切作用下水分子对聚合物粘度的影响
8.2 水辅混炼挤出过程中水促进GO在PVDF熔体中分散的机理
8.3 水辅混炼挤出过程中水促进共混物相形态演变的机理
8.3.1 PS/PVDF共混物
8.3.2 PA6/PVDF共混物
8.4 本章小结
结论
创新点
参考文献
攻读博士学位期间取得的研究成果
致谢
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