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玻纤增强改性工艺及螺杆组合研究

蒋兆寅  
【摘要】:玻璃纤维(GF)增强热塑性塑料是一种质轻高强、具有极高性价比的复合材料,该材料已在各个工业部门中得到了广泛应用,并且具有极大的发展空间和极好的发展前景。在复合材料中,纤维的含量、长度、分散状况以及纤维与基体间的界面结合能力,都对最终制品的力学性能有重大影响,而这些因素又取决于体系组分配比,以及所用的加工设备和加工工艺。本文将从体系配方、加工设备和加工工艺三方面入手,选择玻纤增强尼龙66(PA66)和玻纤增强聚苯醚(PPO)两个体系,研究各因素对玻纤长度、玻纤在基体中的分散以及制品性能的影响规律。 1.本文通过实验研究了GF含量对GF长度及制品性能的影响,并确定了相对较优的GF质量分数:尼龙体系最优含量在30%左右,而聚苯醚体系则在20~23%之间。通过实验对比为体系选择了合适的增韧材料并确定了其最优配比:GF/PA66体系选择马来酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物弹性体(POE-g-MAH),其与PA66的最优配比为1:6,GF/PPO体系为高抗冲聚苯乙烯(HIPS),其与聚苯醚的最优配比为55:45。本文还研究了相容剂的使用对界面结合及制品力学性能的影响,GF/PA66体系使用马来酸酐接枝聚丙烯(PP-g-MAH),聚苯醚体系使用马来酸酐接枝聚苯醚(PPO-g-MAH),研究发现相容剂的使用能有效改善界面结合能力,从而提高制品的性能。 2.本课题针对GF加入后的混合段螺杆构型,设计了不同的螺杆组合,重点研究了螺杆构型对残余GF长度,GF分散性好坏,以及制品性能的影响,并通过停机取样,研究了GF长度及其分布沿螺杆轴向挤出方向的变化规律。研究发现,适当减小GF加入后螺杆的剪切强度有助于提高残余GF长度,但不易过小,否则会导致GF分散能力下降,使得材料综合性能的下降;适当地引入反向齿形盘元件ZME有利于GF长度的保持及GF的分散;将剪切混合元件分开交叉布置,能提高螺杆的输送能力,有利于GF长度的保持;GF加入挤出机后被切断打散,沿螺杆轴向挤出方向长度逐渐下降,长度分布逐渐变窄,且当GF通过剪切混合元件时长度和长度分布指数的下降幅度较大。 3.本文还对加工工艺条件及工艺参数进行了研究。研究发现,在制备增强粒料时挤出机的喂料速度和螺杆转速主要控制体系中的GF含量。实验还研究了挤出温度对GF长度及制品性能的影响,确定了最优的挤出温度,两体系均为275℃。实验还研究了工艺条件对GF长度及力学性能的影响,结果表明,排气效果不好会导致增强制品性能的下降,而GF在加入前进行预热,能得到更好地浸润,有利于提高GF长度,从而提高力学性能。 4.本文还通过两体系之间的对比,研究了黏度不同的体系在进行增强改性时的异同,研究发现在黏度较大的体系中,最佳纤维含量相对较低,残余纤维长度相对较短,纤维的分散状况相对较差。


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