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玻纤增强尼龙体系体积拉伸流变共混制备及其结构性能研究

王大中  
【摘要】:玻纤增强尼龙是一种性能卓越的热塑性工程塑料,具有高强度、高韧性、良好的尺寸稳定性、耐磨、自润滑和耐腐蚀等优异的综合性能,在日常生活和工业生产中有着极其广泛的应用。然而,传统玻纤增强尼龙的共混加工以螺杆挤出为主,这种基于剪切流变的成型加工方法,由于流场内的强剪切作用力,连续的玻纤被大幅度剪断,玻纤分散效果差,影响制品的力学性能和外观。同时,螺杆共混加工热机械历程长,加工过程中尼龙树脂基体容易发生降解,影响制品长期热氧老化、蠕变和老化等特征性能。可见传统的螺杆加工方法及设备不能有效地解决尼龙的加工难题。本文率先将基于体积拉伸流变的聚合物成型加工新方法和新理念应用于玻纤增强尼龙的成型加工,采用以体积拉伸流变为主导的双轴偏心转子挤出机对玻纤增强尼龙进行挤出加工,研究了体积拉伸流变作用下玻纤增强尼龙的加工过程及机理,并探讨了体积拉伸流变挤出的玻纤增强尼龙6/66的加工工艺、玻纤保留长度、表面外观、基本力学性能和本构性能,采用CT扫描和仿真模拟对制品的玻纤取向进行研究,为实现玻纤增强尼龙的工业生产和应用提供新思路及理论依据,对丰富玻纤增强尼龙的成型加工理论和应用实践具有重要的学术价值。本文采用以体积拉伸流变为主导的双轴偏心转子挤出机,首次实现了玻纤增强尼龙6/66的共混加工制备。在体积拉伸流变场的作用下,玻纤在树脂基体中分散均匀。通过挤出工艺条件的优化,聚合物中的玻纤保留长度可达750μm,比双螺杆挤出制备的聚合物玻纤保留长度提升2倍以上,冲击性能提高1倍以上,同时可获得良好制品的外观。双轴偏心转子挤出机具有热机械历程短、加工能耗低等优点,加工过程中体积拉伸流变起支配作用,避免由于剪切造成尼龙基体树脂的降解,维持聚合物树脂粘度的加工稳定性。与双螺杆挤出制备的聚合物相比,双轴偏心转子挤出机共混制备的聚合物的耐黄变、长期热氧老化、蠕变和疲劳等特征性能更优异。本文采用CT扫描技术,对双轴偏心转子挤出机制备的玻纤增强尼龙制品的玻纤取向进行了研究,探讨了制品厚度方向上不同位置的玻纤取向规律,并采用Moldflow模流分析软件,选用开放性最高的RSC玻纤模型,调整合理的相互作用系数Ci和闭合因子k,较为准确地预测制品的玻纤取向,为该类玻纤增强材料的应用提供实际指导。


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