原位氣泡拉伸法(ISBS)直接消泡工藝及裝備的研究.pdf

1、隨著納米復(fù)合材料的蓬勃發(fā)展，現(xiàn)在越來(lái)越多的科學(xué)研究都在朝這一方面發(fā)展，由于納米粒子表面能小、粒度小、處于熱力學(xué)非穩(wěn)定狀態(tài)，所以在生產(chǎn)制備、儲(chǔ)存以及使用的過(guò)程中很容易發(fā)生粒子團(tuán)聚，也就失去了納米粒子所具有的功能，因此實(shí)現(xiàn)納米粒子的納米級(jí)尺度分散是聚合物基納米復(fù)合材料制備的瓶頸問(wèn)題，為了解決納米團(tuán)聚體的分散問(wèn)題，人們嘗試采用振動(dòng)場(chǎng)、超聲波等方法進(jìn)行納米團(tuán)聚體的分散；對(duì)具有層狀結(jié)構(gòu)的納米材料，如蒙托土，采用原位插層聚合法進(jìn)行分散；已報(bào)導(dǎo)的方法

2、還有溶膠凝膠法、有機(jī)/無(wú)機(jī)納米復(fù)合膜法等，雖然這些方法均證明是行之有效的方法，但是每種方法都有其自己的局限性，如振動(dòng)場(chǎng)和超聲場(chǎng)的施加方法比較困難，能量利用效率較低；原位插層聚合法僅適用于具有層狀結(jié)構(gòu)的納米材料等。
　　 針對(duì)納米粒子不易在聚合物中均勻分散的科技難題，吳大鳴教授提出了原位氣泡拉伸法來(lái)對(duì)納米復(fù)合材料中的納米粒子進(jìn)行分散，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)采用ISBS法進(jìn)行分散后，無(wú)機(jī)納米粒子在基體樹脂中得到了較好的分散，但是由于發(fā)泡后在納米復(fù)

3、合材料中存有氣泡影響了材料的性能，所以必須對(duì)復(fù)合材料進(jìn)行消泡處理，并防止消泡后無(wú)機(jī)納米顆粒發(fā)生再團(tuán)聚現(xiàn)象，從而提高復(fù)合材料各方面的性能，目前主要有高速氣流粉碎法消泡、雙螺桿擠出機(jī)或單螺桿擠出機(jī)直接擠出消泡、注塑機(jī)進(jìn)行注塑消泡這幾種消泡的方法。本課題主要研究雙階消泡法，即在單螺桿擠出機(jī)進(jìn)行發(fā)泡后熔體不經(jīng)冷卻直接通過(guò)雙螺桿擠出機(jī)進(jìn)行消泡處理，因?yàn)楝F(xiàn)在大部分塑料制品都是通過(guò)擠出來(lái)成型的，這樣通過(guò)雙階消泡法成功的話，就避免了因冷卻或再熔融造成的

4、能量損耗，同時(shí)也避免了消泡過(guò)程中的熱歷程對(duì)納米復(fù)合材料的各種性能的影響，同時(shí)減少了工藝步驟，簡(jiǎn)化了生產(chǎn)工藝，提高了生產(chǎn)效率，為以后的工業(yè)化生產(chǎn)奠定了基礎(chǔ)。
　　 本論文在大量實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上研究了雙階直接消泡法的工藝及所使用的設(shè)備，并且對(duì)直接消泡后已分散的納米粉體是否會(huì)發(fā)生再團(tuán)聚進(jìn)行了分析，以及通過(guò)電鏡照片和力學(xué)性能的測(cè)試進(jìn)行分析，從而得出以下幾個(gè)結(jié)論：
　　 ⑴通過(guò)雙階直接消泡實(shí)驗(yàn)，確定使用雙螺桿擠出機(jī)進(jìn)行消泡是可行的，雙

5、螺桿機(jī)頭壓力約為25bar，螺桿轉(zhuǎn)速為180-200rpm，在此工藝條件下，擠出的制品較好，消泡效果也達(dá)到了實(shí)驗(yàn)要求。
　　 ⑵使用Image-Pro Plus軟件，對(duì)電鏡照片進(jìn)行分析和計(jì)算，從而可以通過(guò)電鏡照片定量分析ISBS法和ISBS雙階消泡法兩種方法制備的聚合物基納米復(fù)合材料中納米粉體的分散情況，通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，證明雙階消泡法是可行的。對(duì)經(jīng)過(guò)ISBS方法制備的納米復(fù)合材料進(jìn)行雙階消泡法處理和注塑成型加工過(guò)程后，復(fù)合

6、材料中的納米粒子分散的依然比較好，未產(chǎn)生明顯的重新團(tuán)聚現(xiàn)象。
　　 ⑶經(jīng)過(guò)雙階消泡法處理和成型加工過(guò)程后，PP-R/nano-CaCO3復(fù)合材料的缺口沖擊強(qiáng)度隨著無(wú)機(jī)粒子添加量的增加有較大提高，當(dāng)nano-CaCO3的含量為一定值時(shí)，復(fù)合材料的沖擊強(qiáng)度達(dá)到一個(gè)最大值，添加量再增加時(shí)沖擊強(qiáng)度下降，在本實(shí)驗(yàn)中，達(dá)到20phr時(shí)，沖擊性能達(dá)到一個(gè)峰值。
　　 ⑷對(duì)于聚合物基納米復(fù)合材料，經(jīng)過(guò)雙階直接消泡和成型加工過(guò)程后，納米粉