高阻隔性復(fù)合材料微納層疊制備裝置及其性能的研究.pdf

1、高分子材料以其密度小、容易加工、價格低以及不易破碎等優(yōu)點，近年來被大量地應(yīng)用于食品、藥品、農(nóng)藥等領(lǐng)域，阻隔復(fù)合材料制品得到了快速的發(fā)展?？梢酝ㄟ^表面處理技術(shù)、多層復(fù)合技術(shù)、層狀共混技術(shù)等來制備阻隔復(fù)合材料，近年開發(fā)出了微納層疊制備技術(shù)，對不同種類和性能的高分子材料共擠出之后通過不斷的分割和疊合，制備出復(fù)合材料，具有交替層疊結(jié)構(gòu)，從而獲得良好的阻隔性能。微納層疊制備技術(shù)近年來已經(jīng)有了快速的發(fā)展，但現(xiàn)有方法還存在層疊器結(jié)構(gòu)復(fù)雜、高分子材料熔

2、體流動不均勻、分層效率低等不足。
　　 本文從創(chuàng)新層疊器原理出發(fā)，開發(fā)了一種采用熔體扭轉(zhuǎn)方法制備高阻隔性層疊復(fù)合材料的新裝置，通過高分子材料熔體在層疊器中發(fā)生分割-90°扭轉(zhuǎn)-匯流實現(xiàn)疊層復(fù)合，層疊器設(shè)計及制造工藝簡單，對稱的流道使得熔體流動更加均勻，創(chuàng)新的流道結(jié)構(gòu)提高了分層效率。對加工好的微納層疊設(shè)備進(jìn)行了安裝調(diào)試，通過實驗驗證了微納層疊制備裝置可以生產(chǎn)出具有明顯交替層疊結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料，層的厚度可以通過螺桿轉(zhuǎn)速調(diào)控，層數(shù)可以通

3、過層疊器的個數(shù)調(diào)控。
　　 使用微納層疊制備裝置，進(jìn)行了2層、8層、32層數(shù)時EVOH+PP/PP、EVOH/PP、HDPE/PA6、HDPE/MMT體系微納層疊擠出的實驗，研究微納層疊作用與阻隔性能之間的關(guān)系。測試復(fù)合材料的阻隔性能，發(fā)現(xiàn)EVOH+PP/PP體系隨著層數(shù)的增加阻隔性能也在增加，EVOH/PP、HDPE/PA6體系隨著層數(shù)的增加并未增加，HDPE/MMT體系隨著層數(shù)的增加阻隔性能也沒有發(fā)生增加。對復(fù)合材料斷面進(jìn)行

4、電鏡掃描，發(fā)現(xiàn)EVOH+PP/PP體系在層疊器的拉伸作用下EVOH發(fā)生了形態(tài)的變化，從而使得復(fù)合材料阻隔性能提高;EVOH/PP、HDPE/PA6體系在層疊作用下阻隔性能并沒有提高，可能是由于厚度變化過程中阻隔材料層的破壞影響實驗結(jié)果;HDPE/MMT體系中由于MMT與HDPE之間的相容性較差，層疊未能使得MMT發(fā)生剝離和分散，所以未能提高復(fù)合材料的阻隔性能。
　　 在實驗中，發(fā)現(xiàn)新型微納層疊制備裝置存在著熔體壓力降大等需要改進(jìn)

5、的地方。本文使用Moldex3D軟件對高分子材料熔體在層疊器流道中的流動進(jìn)行了模擬分析，分析了層疊器流道沿擠出方向長度、流道入口出口中心間距、流道入口出口截面變化等結(jié)構(gòu)尺寸因素與熔體壓力降之間的關(guān)系，為制備出熔體壓力降更小的層疊器奠定了基礎(chǔ)。阻隔性能的測試需要樣品的厚度在2mm以下，但是層疊器流道中熔體厚度是10mm，喇叭口模在不破壞復(fù)合材料層疊結(jié)構(gòu)時，使得厚度均勻變小，使用Moldex3D軟件對喇叭口模中高分子材料熔體流動進(jìn)行分析并修