超声波辅助拉伸/剪切应变速率比可调混合装置研制及其应用
发布时间：2021-04-15 07:59
五种常用工程塑料之一的尼龙6（PA6）具有耐磨、耐腐蚀、易加工成型等特点,工业应用十分广泛。然而尼龙6尺寸稳定性差、强度和模量较低,利用熔融共混方法对尼龙6进行碳纤维（CF）填充改性是实现其高强度、稳定性的同时也具有导电、导热等功能化性能的有效方法之一。针对CF/PA6复合材料混合过程中CF的长度和分散不能兼得的特性,开发超声波辅助拉伸/剪切应变速率比可调的混合装置,并在此基础上研究混合装置结构、材料配方及工艺参数对共混物性能的影响规律。研究成果具有一定的理论意义及工程应用价值。本课题基于正位移输送原理,研制了超声波辅助拉伸/剪切应变速率比可调熔融混合装置,分析和介绍了该混合装置的工作原理和机械结构;建立了叶片混炼单元的物理数学模型。理论分析发现调节装置偏心距可调控混炼单元拉伸和剪切应变强度以及两者之间的比值,且拉伸应变速率始终处于支配地位。将功率可调超声波垂直作用于熔体流动方向,实现了超声波对正应力支配的高温、高压熔融混合过程的持续有效辅助。利用该混合装置在不添加任何助剂的情况下制备了CF/PA6共混物,探究了不同偏心距下体积拉伸形变作用对CF/PA6共混物中CF长度、CF分散状态的...
【文章来源】：华南理工大学广东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：101 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
不同流场下的粒子运动和受力示意图
一个旋转力矩和一个合力，其中，旋转力矩使团聚体产生自转运动，无法实现对填料的破碎而徒增能量消耗；如图1-1（a）所示，拉伸流场下团聚体的流动方向与速度梯度方向平行，团聚体在流场中所受应力为拉伸/压缩应力，因而流场中大部分能量都能有效地作用于团聚体的分散，不但利于填料在基体中分散、分布，还能在一定程度上促使填料有序排列。有研究[43,44]表明，在熔融共混过程中，当形变速率一定时，拉伸流场对粒子的破碎效率是剪切流场的2倍。因此，拉伸流场强化或支配的熔融共混研究已然成为行业研究的热点[45-48]。图1-2APAM实物和工作原理图Sundararaj[49]等人研制了一种正应力支配的小型非对称式聚合物混炼机（APAM），并利用该装置和密炼机分别熔融共混制备了PS/PP复合材料，对比研究表明，经该装置混合后分散相PS在基体中分散得更加均匀，表现出远优于密炼机的混合效果。图1-2为该装置的实物以及工作原理图，从中可以看出其转子采用非对称结构，转子与料筒内壁的间隙沿着轴向不断变化，当进行熔融混合时，转子转动使聚合物熔体产生连续的收敛-发散流动从而形成体积拉伸形变作用。Muller[50]等人设计开发了一种拉伸流变混合装置（RMX），RMX的结构和工作原理如图1-3所示，该装置主要由左右两个混合腔和连通它们的圆孔通道组成；圆孔通道进出混合腔位置的横截面积存在突变，因此当左右两活塞推动物料在两混合腔内周期性往复运动时，物料就会在截面突变处产生周期性的收敛/发散运动，形成拉伸流常利用该装置在相同工艺条件下与密炼机进行了PP/EPDM共混体系混炼对比实验，实验结果表
第一章绪论7明，经RMX混炼后，EPDM分散相更均匀地分布于PP基体中，共混物的综合性能更优越。图1-3RMX结构以及工作原理图Utracki[51]等人针对聚合物基纳米复合材料设计开发了一种拉伸流场强度可调的混合装置（EFM），其结构如图1-4所示，该装置上端为进料口，中部位置安装了一个旋转芯棒，芯棒上设有深浅不一的螺旋通道，芯棒转动时聚合物熔体通过螺旋通道产生收敛发散运动，将芯棒上下调节可改变拉伸流场强度。将该装置与螺杆挤出机的口模相接，熔体从挤出机模口进入装置进料口进而经历局部拉伸流场，进而提高纳米粒子在基体中的分散效果，弥补螺杆挤出机混合效率不高的缺陷。Yakemoto[52]等人将EFM和螺杆挤出机配合使用制备了PA6/C15A、PP/C15A两种共混体系，研究结果表明，经过EFM混合后填料在基体中的分散效果更好，复合材料综合性能更优。说明拉伸流场的引入能进一步改善纳米粒子在基体中的分散分布状态。图1-4拉伸流场混合设备工作原理图华南理工大学瞿金平团队极具创新地将拉伸流场应用于聚合物熔融挤出，设计开发了叶片挤出机[53,54]，其工作原理如图1-5所示。该装置的塑化混合单元主要由定子，转子和叶片组成，通过将定子和转子偏心设置产生收敛发散流动。黄利[55]通过叶片挤出机
【参考文献】：
期刊论文
[1]体积拉伸流场中的纤维取向[J]. 文劲松,范德军,谢海玲,尹晨欢,冯彦洪. 华南理工大学学报(自然科学版). 2017(11)
[2]石墨烯掺杂聚丙烯复合材料的制备、性能及应用研究进展[J]. 袁祖培,陈洁,唐俊雄,唐三水,李羽凡,张旺玺. 合成树脂及塑料. 2017(03)
[3]LDPE/EVA/MWCNTs/CF复合材料的电学及流变性能[J]. 徐星驰,王庭慰. 高分子材料科学与工程. 2017(03)
[4]PA6/PBT/PP-g-MAH共混体系性能研究[J]. 吴馨,叶正涛. 胶体与聚合物. 2014(02)
[5]不同硅烷偶联剂对氧化镁填充导热尼龙6性能的影响[J]. 曾斌,李海鹏,章明秋,刘书萌,付里才. 广东化工. 2014(04)
[6]体积拉伸形变加工成型方法最新研究进展[J]. 瞿金平,陈佳佳,刘环裕,张桂珍,殷小春,何和智. 高分子通报. 2013(09)
[7]不同增容剂对PA6/PE-HD共混物性能的影响[J]. 张静,何春霞. 工程塑料应用. 2012(08)
[8]3种非极性聚合物材料共混改性PA6[J]. 郝艳芝,何春霞. 塑料. 2010(04)
[9]碳纤维表面酰氯化及其与尼龙6的接枝 Ⅱ.碳纤维接枝复合材料CF/PA6的等温结晶和熔融行为[J]. 林志勇,林金清,叶葳,曾汉民. 应用化学. 2004(09)
[10]高含量炭纤维对尼龙6多重熔融行为的影响[J]. 林志勇,林金清,曾汉民. 高分子材料科学与工程. 2004(04)
硕士论文
[1]偏心转子挤出机制备HDPE/MMT纳米复合材料及其特性研究[D]. 梁晓彤.华南理工大学 2016
[2]超声辅助尼龙6/功能化碳纳米管复合材料的制备及性能研究[D]. 赵越.中北大学 2015
[3]长碳纤维增强尼龙复合材料的制备及性能研究[D]. 陈同海.北京化工大学 2014
[4]EPDM/PP热塑性弹性体叶片挤出机动态硫化制备及其结构性能研究[D]. 吴承然.华南理工大学 2014
[5]纤维增强聚酰胺6复合材料的结构与性能研究[D]. 王智学.湘潭大学 2014
[6]碳纤维增强热塑性树脂复合材料的制备与研究[D]. 许玉强.大连理工大学 2013
[7]叶片塑化输运过程中转子转矩特性测量与表征研究[D]. 谭斌.华南理工大学 2012
[8]单轴叶片挤出机加工的PS/HDPE合金形态结构及性能的研究[D]. 黄利.华南理工大学 2010
本文编号：3138947
【文章来源】：华南理工大学广东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：101 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
不同流场下的粒子运动和受力示意图
一个旋转力矩和一个合力，其中，旋转力矩使团聚体产生自转运动，无法实现对填料的破碎而徒增能量消耗；如图1-1（a）所示，拉伸流场下团聚体的流动方向与速度梯度方向平行，团聚体在流场中所受应力为拉伸/压缩应力，因而流场中大部分能量都能有效地作用于团聚体的分散，不但利于填料在基体中分散、分布，还能在一定程度上促使填料有序排列。有研究[43,44]表明，在熔融共混过程中，当形变速率一定时，拉伸流场对粒子的破碎效率是剪切流场的2倍。因此，拉伸流场强化或支配的熔融共混研究已然成为行业研究的热点[45-48]。图1-2APAM实物和工作原理图Sundararaj[49]等人研制了一种正应力支配的小型非对称式聚合物混炼机（APAM），并利用该装置和密炼机分别熔融共混制备了PS/PP复合材料，对比研究表明，经该装置混合后分散相PS在基体中分散得更加均匀，表现出远优于密炼机的混合效果。图1-2为该装置的实物以及工作原理图，从中可以看出其转子采用非对称结构，转子与料筒内壁的间隙沿着轴向不断变化，当进行熔融混合时，转子转动使聚合物熔体产生连续的收敛-发散流动从而形成体积拉伸形变作用。Muller[50]等人设计开发了一种拉伸流变混合装置（RMX），RMX的结构和工作原理如图1-3所示，该装置主要由左右两个混合腔和连通它们的圆孔通道组成；圆孔通道进出混合腔位置的横截面积存在突变，因此当左右两活塞推动物料在两混合腔内周期性往复运动时，物料就会在截面突变处产生周期性的收敛/发散运动，形成拉伸流常利用该装置在相同工艺条件下与密炼机进行了PP/EPDM共混体系混炼对比实验，实验结果表
第一章绪论7明，经RMX混炼后，EPDM分散相更均匀地分布于PP基体中，共混物的综合性能更优越。图1-3RMX结构以及工作原理图Utracki[51]等人针对聚合物基纳米复合材料设计开发了一种拉伸流场强度可调的混合装置（EFM），其结构如图1-4所示，该装置上端为进料口，中部位置安装了一个旋转芯棒，芯棒上设有深浅不一的螺旋通道，芯棒转动时聚合物熔体通过螺旋通道产生收敛发散运动，将芯棒上下调节可改变拉伸流场强度。将该装置与螺杆挤出机的口模相接，熔体从挤出机模口进入装置进料口进而经历局部拉伸流场，进而提高纳米粒子在基体中的分散效果，弥补螺杆挤出机混合效率不高的缺陷。Yakemoto[52]等人将EFM和螺杆挤出机配合使用制备了PA6/C15A、PP/C15A两种共混体系，研究结果表明，经过EFM混合后填料在基体中的分散效果更好，复合材料综合性能更优。说明拉伸流场的引入能进一步改善纳米粒子在基体中的分散分布状态。图1-4拉伸流场混合设备工作原理图华南理工大学瞿金平团队极具创新地将拉伸流场应用于聚合物熔融挤出，设计开发了叶片挤出机[53,54]，其工作原理如图1-5所示。该装置的塑化混合单元主要由定子，转子和叶片组成，通过将定子和转子偏心设置产生收敛发散流动。黄利[55]通过叶片挤出机
【参考文献】：
期刊论文
[1]体积拉伸流场中的纤维取向[J]. 文劲松,范德军,谢海玲,尹晨欢,冯彦洪. 华南理工大学学报(自然科学版). 2017(11)
[2]石墨烯掺杂聚丙烯复合材料的制备、性能及应用研究进展[J]. 袁祖培,陈洁,唐俊雄,唐三水,李羽凡,张旺玺. 合成树脂及塑料. 2017(03)
[3]LDPE/EVA/MWCNTs/CF复合材料的电学及流变性能[J]. 徐星驰,王庭慰. 高分子材料科学与工程. 2017(03)
[4]PA6/PBT/PP-g-MAH共混体系性能研究[J]. 吴馨,叶正涛. 胶体与聚合物. 2014(02)
[5]不同硅烷偶联剂对氧化镁填充导热尼龙6性能的影响[J]. 曾斌,李海鹏,章明秋,刘书萌,付里才. 广东化工. 2014(04)
[6]体积拉伸形变加工成型方法最新研究进展[J]. 瞿金平,陈佳佳,刘环裕,张桂珍,殷小春,何和智. 高分子通报. 2013(09)
[7]不同增容剂对PA6/PE-HD共混物性能的影响[J]. 张静,何春霞. 工程塑料应用. 2012(08)
[8]3种非极性聚合物材料共混改性PA6[J]. 郝艳芝,何春霞. 塑料. 2010(04)
[9]碳纤维表面酰氯化及其与尼龙6的接枝 Ⅱ.碳纤维接枝复合材料CF/PA6的等温结晶和熔融行为[J]. 林志勇,林金清,叶葳,曾汉民. 应用化学. 2004(09)
[10]高含量炭纤维对尼龙6多重熔融行为的影响[J]. 林志勇,林金清,曾汉民. 高分子材料科学与工程. 2004(04)
硕士论文
[1]偏心转子挤出机制备HDPE/MMT纳米复合材料及其特性研究[D]. 梁晓彤.华南理工大学 2016
[2]超声辅助尼龙6/功能化碳纳米管复合材料的制备及性能研究[D]. 赵越.中北大学 2015
[3]长碳纤维增强尼龙复合材料的制备及性能研究[D]. 陈同海.北京化工大学 2014
[4]EPDM/PP热塑性弹性体叶片挤出机动态硫化制备及其结构性能研究[D]. 吴承然.华南理工大学 2014
[5]纤维增强聚酰胺6复合材料的结构与性能研究[D]. 王智学.湘潭大学 2014
[6]碳纤维增强热塑性树脂复合材料的制备与研究[D]. 许玉强.大连理工大学 2013
[7]叶片塑化输运过程中转子转矩特性测量与表征研究[D]. 谭斌.华南理工大学 2012
[8]单轴叶片挤出机加工的PS/HDPE合金形态结构及性能的研究[D]. 黄利.华南理工大学 2010
本文编号：3138947
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