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无规共聚、嵌段共聚及均聚聚丙烯高速挤出流变性能

王宁  
【摘要】: 本课题为国家自然科学基金资助项目,研究焦点集中在探求不同类型聚丙烯熔体高速挤出时的非线性黏弹性和极其复杂的不稳定流动现象。实验采用恒速型双筒毛细管流变仪等仪器,研究对象选择无规共聚聚丙烯(PP-R)、嵌段共聚聚丙烯(PP-B)和均聚聚丙烯(PP-H)。遵照归纳、量化各种不稳定流动行为,分析确定发生不稳定流动的扰动源位置与性质,针对性地采取改善措施的研究脉络,得到主要结论如下。 实验温度范围内,低剪切速率下(246s-1)无规共聚聚丙烯从零长口模挤出的样品出现奇特的规律性很强的螺纹状畸变,相应的长口模挤出样品出现规律性整体扭曲。定量测量了螺纹畸变的周期和螺槽深度。挤出速率增大,螺槽加深,螺纹周期变长。挤出温度升高,螺槽变浅,螺纹周期变短。毛细管长径比增大,出现螺纹畸变的临界剪切速率升高。与无规共聚聚丙烯相比,均聚聚丙烯在很高挤出速率下(2099s-1)才出现螺纹状畸变,且螺槽浅,螺纹周期短。嵌段共聚聚丙烯挤出物表面光滑,未出现螺纹状畸变。 机理研究表明,发生在零长口模挤出物上的螺纹状畸变是熔体通过口模入口区时出现横向次级流动(螺旋流动)造成的。螺纹畸变的扰动源在口模入口处。次级流动的强弱不仅与材料的分子量及熔体黏弹性有关,也与材料的分子结构特征密切相关。 根据扰动源位置和性质,采取针对性措施予以改善。选择几何各向异性填料,包括热致性液晶(TLCP),多壁碳纳米管及原位成纤材料(PET)与基体树脂混合。实验表明,添加少量液晶材料、碳纳米管和PET均可使螺纹畸变的发生推迟,挤出物表观变好。偏光照片显示TLCP组分形成了良好的微纤结构,在入口处流场中发生取向,使流线稳定性增强。 升高温度和改变毛细管长径比可以改善畸变或提高畸变产生的临界剪切速率。剪切速率为502s-1,温度由190℃升至220℃时,无规共聚聚丙烯的螺槽深度明显减小,直至消失。毛细管长径比增加,熔体在口模内的松弛时间增加,有利于改善螺纹畸变。 高速挤出时,无规共聚聚丙烯PPR4220在长口模中发生轻微压力振荡,采用双峰聚乙烯SP2520与其共混,毛细管壁处的应力集中效应减弱,压力振荡明显改善。与此同时,零长口模处发生螺纹畸变的临界剪切速率也随双峰聚乙烯含量的增加而推后。


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