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超高分子量聚乙烯的超声熔融挤出成型研究

李晓颖  
【摘要】:振动利用工程学是一门近年发展起来的综合性边界学科,而波能利用则是振动利用工程学新近发展的具有广泛应用前景的新学科,波能在高分子材料加工中的应用作为波能利用学科的重要组成部分,一方面极大地增加了波能利用工程学科的内涵,另一方面也源源不断地为该学科提供大量极具挑战性的课题。高分子材料加工中广泛使用各种波能,有的用它来改善加工过程,降低能耗,提高产量,降低工艺条件;有的用它来提高产品质量;有的波能利用则形成了新的加工工艺。 超声处理是改善聚合物微观组织、提高材料力学性能的有效方法。因此有必要在该领域内展开深入研究,研制在聚合物加工工业上应用的功率超声发生器,对超声细化聚合物微观组织的作用机理及工艺参数进行探讨,使超声细化能早日在聚合物加工工业上应用。本文首先选择合适的超声频率参数,换能器形式以及变幅杆的材料和尺寸,将超声发生器改造成聚合物加工专用的功率超声发生器。调试好后对声功率进行了测定,计算出换能器的平均效率和熔体中的声强。 在比较了各种挤出机头的优缺点之后,采用衣架式挤出机头成型超高分子量聚乙烯。在成型过程中,加入超临界二氧化碳来降低超高分子量聚乙烯的黏度。并在机头中引入了超声波装置及压力传感器,分别控制气泡的膨胀及测定熔体的流变性能。 利用超声辐照-挤出加工一体化装置和聚合物熔体静态超声辐照装置,对挤出过程中超声辐照对超高分子量聚乙烯流变行为的影响、体系经超声挤出后结构与性能的变化以及超高分子量聚乙烯在超声辐照作用下的力化学降解过程及机理进行了系统研究。为改善聚合物的加工性能和力学性能提供了新途径。 超声辐照所提供的能量场作用、高频剪切振动和射流的力场作用以及小分子增塑作用显著降低了超高分子量聚乙烯在挤出过程中的表观粘度和表观粘流活化能,提高挤出产量近2倍,降低加工温度30℃以上,并使挤出物表面鲨鱼皮消失,有效地改善了超高分子量聚乙烯的加工性能。


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