二次熔体注射填充成型等规聚丙烯制品的结构与性能研究

发布时间：2020-06-17 17:44

【摘要】：等规聚丙烯(iPP)因为其低廉的制造成本和多功能性而成为使用量最多的商用聚合物材料之一。对于高分子聚合物制品来说,多样的加工工艺决定了制品的结构,结构决定了制品的性能。成型过程中的流动场和剪切场对等规聚丙烯分子链的排列方式产生影响,进而影响其形态结构,最终导致不同的制品性能。等规聚丙烯结晶性及结构调控一直以来都是高分子学界研究的重点和热点。本论文以等规聚丙烯(iPP),iPP/MWCNTs复合材料及iPP/β-NA复合材料为原料,以二次熔体注射填充成型(twice melt injection molding,TMIM)为加工方法制备相关实验样品。通过结构形貌和机械性能表征,研究了加工过程中流动剪切场,材料的微观结构、结晶行为以及宏观机械性能、流变性能及稳态,确定剪切场-晶体结构-力学性质之间的关系。本论文主要实验结论如下:(1)使用二次熔体注射填充成型(TMIM)工艺制备具有不同皮-芯结构的iPP样品。通过调节两次注塑的间隔时间可以控制皮-芯结构,进而影响制品性能。与常规注塑样品(M1)对比,二次熔体注射填充成型样品(M2)样品蠕变应变的弯曲量更小。在不同的温度及应力下,M2样品的蠕变形变和所受影响均远低于M1样品。与M1相比具有较厚皮层的M2-9样品蠕变形变量下降约42%,在80℃下,其变形量下降了52%。此外,通过对M2样品进行退火处理能进一步提高制品机械性能,Burger模型和Findley幂律模型可以很好地描述M1样品和M2样品的蠕变行为。Weibull分布方程可以很好地预测恢复行为。(2)研究iPP/MWCNTs复合材料TMIM样品。对于iPP/MWCNTs复合材料体系,纳米填料MWCNTs的加入得整个复合材料体系的刚性与硬度上升,其拉伸强度有着明显的上升。通过偏光显微镜(POM)可以观察M1-CNTs与M2-CNTs皮-芯结构差别不大。由于MWCNTs与聚丙烯基体的界面结合抑制了聚丙烯基体中的缠绕的大分子链段解缠,使聚合物变得易于断裂,这导致了断裂伸长率由M1样品的616.42%下降到M1-CNTs样品的54.49%。这不仅使得注塑过程中的较厚取向结构难以生成,也导致了整个体系受TMIM工艺的影响较小。(3)对于iPP/β-NA复合材料体系,β成核剂的加入使复合材料体系内产生大量β型晶体晶核,整体的结晶度有着明显的提高。熔体在型腔内受到的高剪切力使附着于晶核生成的β型晶体拉伸取向,剪切力阻碍了β型晶体的自然生长。导致了M2-0.2样品皮层和芯层的X_β均小于M1-0.2样品X_β。大量的β型晶体晶核引入,β型晶体附着于晶核生长。TMIM加工过程中强剪切力使附着于晶核生成的β型晶体拉伸取向阻碍了β型晶体的自然生长,β型晶体被阻碍生长的同时α型晶体生长,导致整个复合材料体系结晶度X_c提高。
【学位授予单位】：郑州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TQ325.14
【图文】：

1.1.1 等规聚丙烯的结构聚丙烯，是由丙烯单体双键开键聚合而成的一种热塑性树脂。其化学合成式如图1.1所示。聚丙烯作为世界上使用量的高分子聚合物之一，密度为0.91g/cm3，属于最轻的塑料之一。聚丙烯吸水率很低，仅为 0.01%，其分子量为 8 万-15 万。成型性好，且制品表面光泽好[1-3]。图 1.1 聚丙烯聚合化学式Figure 1.1 Polymerization chemical formula of polypropylene1.1.2 等规聚丙烯结晶形态等规聚丙烯（iPP）由于其低制造成本和多功能性而成为最重要的商业聚合物之一。等规聚丙烯是一种典型的多晶型塑料，至少有四种晶体晶型，分别为 α，β

图 1.3 推-拉注射成型技术示意图Figure 1.3 Aschematic diagram of push-pull injection molding.

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本文编号：2717935