聚苯乙烯在強剪切力化學反應裝置中斷鏈效果的研究.pdf

1、力化學反應熔融接枝法利用機械應力使長分子鏈發(fā)生斷鏈產(chǎn)生自由基并與極性基團發(fā)生接枝，從而為生產(chǎn)使金屬與塑料發(fā)生粘連的熱熔膠產(chǎn)品制備母料。本文結(jié)合螺桿式強剪切力化學反應器的強剪切效果與磨盤式力化學反應器的設(shè)計原理，研發(fā)了一種強剪切力化學反應裝置（授權(quán)專利號：ZL201520406380.9）。以高分子熔融機理與中點斷裂理論為理論基礎(chǔ)，運用POLYFLOW仿真分析強剪切力化學反應裝置的螺桿與料筒結(jié)構(gòu)的變化對其流場內(nèi)的熔融態(tài)聚合物運動軌跡及其在

2、該軌跡上所受剪切應力的影響，以此為依據(jù)得出強剪切力化學反應裝置核心部件螺桿與料筒結(jié)構(gòu)最優(yōu)結(jié)構(gòu)為：螺桿螺棱寬度為6mm，螺棱斷面底角為45°，料筒槽深為1mm。
　　為了預測聚合物經(jīng)該強剪切力力化學反應裝置后的產(chǎn)物以及聚合物在強剪切力場作用下的斷鏈過程。本文結(jié)合中點斷裂理論與擠出理論將力化學反應裝置流場分為輸送區(qū)、拉伸區(qū)、強剪切區(qū)與混合剪切區(qū)四個區(qū)域。通過POLYFLOW軟件與Materials studio軟件分別進行有限元仿真與

3、分子動力學仿真，得出給定分子量聚合物經(jīng)剪切斷裂后數(shù)均分子量計算方法，并通過此方法研究溫度與轉(zhuǎn)速對斷裂過程的影響，預測聚合物斷裂后分子量分布，為強剪切力化學反應裝置的實驗結(jié)果及生產(chǎn)工藝提供理論指導。
　　根據(jù)最優(yōu)方案制造樣機。以溫度為變量，強剪切力化學反應裝置強剪切段轉(zhuǎn)速調(diào)為50r/min,分別對聚苯乙烯（PS）GPPS152P在180℃、210℃、230℃、260℃下進行剪切實驗，使用熔體流動速率儀測得經(jīng)轉(zhuǎn)速50r/min剪切溫度

4、230℃剪切力場剪切后的GPPS152P樣本的熔體流動速（MFR）增大26.7％。根據(jù)本文結(jié)合Hagen-poiseuille定律與Fox-Flory理論提出的MFR-分子量換算方法計算得出該樣本分子量減小了7%，說明該力化學反應裝置對PS有較好的剪切效果。以轉(zhuǎn)速為變量，強剪切段溫度設(shè)為230℃，根據(jù)上述方法測試PS152P經(jīng)過不同強剪切速度場后的分子量分布變化，得出轉(zhuǎn)速升高有利于獲得窄分子量分布的產(chǎn)品。
　　選取GPPS152P

5、原材料，根據(jù)MFR-分子量換算方法選取剪切溫度為180℃轉(zhuǎn)速50r/min，230℃下20r/min、80r/min的樣本進行GPC測試，結(jié)合各溫度與轉(zhuǎn)速剪切后樣本融指數(shù)變化得出剪切速度提高有利于剪切后樣本重均分子量減小，分子量分布變窄；同時剪切溫度降低，會使斷鏈效果明顯。數(shù)均分子量變小，導致分布變寬。通過測試剪切溫度180℃、轉(zhuǎn)速100r/min下經(jīng)過4次剪切樣本的分子量，得出經(jīng)剪切后樣本分子量降低了13%。
　　本課題所設(shè)計的