三螺桿動態(tài)塑化混煉加工pp-硅灰石

1、作者：何和智，付金修，陳哲，方望來(華南理工大學聚合物新型成型裝備國家工程研究中心，聚合物成型加工工程教育部重點實驗室，廣東廣州510640)摘要：硅灰石填充PP經(jīng)三螺桿動態(tài)塑化混煉加工后，將粒料制成試樣并進行力學性能測試和掃描電鏡斷面分析。實驗研究了不同振動參數(shù)對PP／硅灰石力學性能和斷面微觀結構的影響。結果表明，與穩(wěn)態(tài)相比，動態(tài)(引入振動)加工條件下試樣的沖擊強度、拉伸強度、斷裂伸長率和彎曲強度均有顯著提高，最大分別提高了107％、

2、10.2％、5l.3％和18.6％；對在振動頻率f=10Hz、振幅A=105μm動態(tài)塑化混煉加工條件下試樣的掃描電鏡斷面分析表明，PP／硅灰石材料中硅灰石的粒徑變小并趨一致，分散分布均一，與PP結合界面得到加強。關鍵詞：三螺桿擠出機；動態(tài)塑化混煉；硅灰石；聚丙烯；力學性能PP因脆性高、耐沖擊性能差、成型收縮率大、易翹曲變形、親水性能、黏結性以及與無機填料的相容性均較差等原因大大限制了其進一步的推廣應用。為此，國內(nèi)外對PP的增韌增強改性進

3、行了廣泛而深入的研究，并取得了一系列的成果。硅灰石是一種偏硅酸鈣礦物原料，通常為針狀、球狀、纖維狀的集合體。硅灰石填充樹脂后，可使樹脂的剛性、耐熱性提高，尺寸穩(wěn)定性提高，成型收縮率降低，能有效提高其力學性能，起到增韌、增強的雙重作用，可作為價格較高的玻璃纖維、碳纖維及危害人體健康的石棉等填料的替代品。我國硅灰石礦藏資源豐富，應用前景廣泛。聚合物復合材料的性能不僅受制于體系中各組分的性能，而且決定于多相體系中各相的分散分布和相界而結合情況

4、。相與相之間互相影響，若兩相之間的界面作用薄弱，則力學性能差，實用價值降低。目前國內(nèi)外對硅灰石填充樹脂材料作了大量研究，大部分是采用改性偶聯(lián)劑增強相界面的辦法，而通過改善共混加工條件和提高混合效率的研究很少.瞿金平等研制開發(fā)了新型聚合物動態(tài)三螺桿擠出機在塑化混煉加工全過程引入振動改變傳統(tǒng)的高分子材料純剪切穩(wěn)態(tài)塑化、輸送機理為振動剪切動態(tài)塑化、輸送機理，使成型加工過程及過程參數(shù)發(fā)生周期性變化。這種加工制備與成型技術對于制備聚合物共混及復合

5、材料具有明顯優(yōu)勢。圖1為三螺桿動態(tài)塑化混煉擠出機的結構示意圖。3根螺桿直徑、旋向和螺紋元件組合方式完全相同，整體成“一”字形水平排布。工作時，在轉動的中間螺桿上施加軸向振動，從而使3根螺桿之間的軸向齒間間隙實現(xiàn)周期性變化，不斷對流場產(chǎn)生擠壓和釋放。由于物料在輸送過程中受到復雜剪切作用的同時也受到周期性脈動積壓研磨作用，這加強了相間的傳質(zhì)與傳熱，促進了聚合物大分子的流動，使整個塑化混煉系統(tǒng)對物料進行強制動態(tài)輸送、塑化混煉、排氣和擠出成型，

6、從而加強了熔體的混合混煉效果，從而達到了強化分散混合的目的，熔融和混煉得到加強。觀察其斷面形貌結構，放大200倍、300倍和1500倍拍照。2結果與討論21振動對PP／硅灰石力學性能的影響211對拉伸強度的影晌從圖2、3可以看出，隨著振動頻率和振幅的增大，PP／硅灰石的拉伸強度得到一定提高。當f=6Hz、A=105μm時，動態(tài)拉伸強度出現(xiàn)最大值(3148MPa)，比f=0Hz、A=0μm，時穩(wěn)態(tài)拉伸強度(2843MPa)提高了10.7％

7、。這是因為當填充體系受到交變的剪切力場作用時，硅灰石粒子將獲得方向和大小不同的瞬時沖量。這種瞬時沖量差會使粒子與粒子之間產(chǎn)生速度和方向不同的相對運動，并且在粒子之間瞬間形成負壓，致使鄰近聚合物分子鏈段被吸人而使粒子與粒子相隔離，從而使粒子在瞬時沖量的作用下在高分子熔體中移至新的位置。因而使粒子趨于均勻分散，在拉伸應力作用下填料顆粒就有可能與基體樹脂一起移動變形，承受外界負荷的有效截面增加，拉伸強度從而得到提高.當振動頻率和振幅超過最佳點