拉伸流场下APP/ATH/ZS复合阻燃剂对UHMWPE阻燃抑烟性能的影响

将聚磷酸铵(APP)、氢氧化铝(ATH)与锡酸锌(ZS)复配成不同的复合阻燃剂,在基于拉伸流场的偏心转子挤出机(ERE)中将复合阻燃剂与超高分子量聚乙烯(UHMWPE)进行熔融共混,成功制备出兼具良好阻燃性能和抑烟性能的无卤阻燃复合材料。通过极限氧指数测试、扫描电子显微镜分析、热重分析、垂直燃烧测试、锥形量热测试等手段对所制备的复合材料进行表征。结果表明:拉伸流场有利于填料在UHMWPE中的分散,促进填料与UHMWPE的界面结合;对比UPE/AA-x和UPE/AA-x/ZS-y两种阻燃体系,ZS的加入降低了复合材料的热释放总量和烟雾释放总量。相较于UPE/AA-20,UPE/AA-19.0/ZS-1.0的烟释放总量(TSR)降低了65.2%,热释放量(THR)由20 MJ/m^(2)降低至10 MJ/m^(2)。残炭率由18.15%提升至22.46%,形成了更加连续完整致密的炭层,综合提高了复合材料的阻燃及抑烟性能。

体积拉伸流场下PEEK/TLCP共混物的制备及性能研究

聚醚醚酮(PEEK)具有优异的性能而广泛应用于高端装备领域,但PEEK熔体加工窗口较狭窄,可加工性差。热致液晶聚合物(TLCP)是一种具有优异的加工流动性和尺寸稳定性以及能原位成纤起到自增强作用的液晶聚合物。本文采用体积拉伸流场作用为主导的偏心转子挤出机制备了不同TLCP含量的PEEK/TLCP共混物,研究了拉伸流场下的PEEK/TLCP共混物的流变性能、微观形貌、热性能及结晶性能。结果表明,在拉伸流场的作用下,TLCP的加入能有效拓宽PEEK的加工区间,使得体系低剪切速率下体系黏度降低了14.43%,高剪切速率下体系黏度降低了80.68%。在拉伸流场作用下,TLCP可以在较宽含量范围内在PEEK中基体中形成与挤出方向一致的纤维结构,低含量下的TLCP可以促进PEEK基体结晶。10%(质量分数,下同)含量TLCP的PEEK/TLCP共混物的最大拉伸强度比PEEK基体增加了4.6%,达86.60 MPa。

拉伸流场对PP/纳米CaCO_3填充体系分散混合的影响

应用双螺杆挤出机及自行研制的拉伸分散混合装置,研究了不同强度的拉伸流场对PP/纳米CaCO3填充体系分散混合效果的影响,并采用SEM、WAXD对分散后的PP/纳米CaCO3填充体系进行了表征。结果表明,经拉伸流场分散混合后,填充体系中大部分的纳米CaCO3以原生粒子形态存在,且形成的β晶型对提高填充体系的韧性起到了积极的作用;经拉伸流场分散混合后的填充体系,其拉伸强度及断裂伸长率都得到了较大的提高。

单向拉伸流场中挤出双向自增强透明HDPE管材

采用普通的工业用挤出设备,通过对加工参数的特殊控制,在单向拉伸流场中制得透明双向自增强高密度聚乙烯管材,其轴向拉伸强度比普通高密度聚乙烯管材提高了3.2倍,周向拉伸强度提高了1.4倍。利用SEM、DSC等测试手段对管材的微观结构进行了表征,揭示了管材双向自增强的原因是形成了串晶互锁结构,管材透明的原因是晶粒尺寸比可见光的波长小。

拉伸流场对聚合物填充体系的分散混合作用

聚合物加工过程中,分散混合一般是在一定应力场下的流场中实现的。常见的流场有剪切流场和拉伸流场,拉伸流场比剪切流场更有效,并且具有更宽的加工工艺窗口。通过对加工工艺的控制,对成型模具流道的合理设计,对加工装备结构尺寸的优化,可以实现高效分散的拉伸流场。

剪切或拉伸流场中液滴的变形和破裂准则

论述了剪切或拉伸流场中描述液滴形变的两个典型变量即变形度和取向角;介绍了影响液滴形变的粘度比、毛细管数、雷诺数、韦伯数、Pecletnumber和Elasticitynumber等无量纲参数以及液滴形变的表面形状函数;总结了液滴的破裂准则。

体积拉伸流场中的纤维取向

运用粘弹性流动分析软件ANSYS POLYFLOW对基于体积拉伸流动成型的叶片挤出机中一个叶片单元的流场进行数值模拟,并将速度梯度张量代入纤维取向分布函数,计算叶片单元中纤维在不同方向的取向概率,分布函数最大值对应的方向为纤维取向方向,然后使用数学软件Matlab对周向不同剖面上的纤维取向分布进行可视化显示,发现:在叶片单元入口处纤维主要沿轴向(即挤出方向)取向,在远离叶片单元入口处纤维主要沿与周向和轴向呈一定夹角的方向取向,结合分散指数分布云图发现拉伸流场比剪切流场更有利于纤维的取向.文中还通过实验对数值模拟结果进行了验证,实验结果和数值模拟结果一致.

基于体积拉伸流场的TPS/OMMT纳米复合材料制备及性能研究

通过基于体积拉伸流场作用为主的双轴偏心转子挤出机制备了热塑性淀粉(TPS)和TPS/有机蒙脱土(OMMT)纳米复合材料,并研究了TPS/OMMT纳米复合材料的微观结构、力学性能、热稳定性及耐水性能。结果表明,在甘油和拉伸流场的协同作用下,OMMT片层间距增加,并均匀分散在塑化良好的TPS基体中。低含量时,OMMT在TPS/OMMT纳米复合材料形成剥离结构,高含量时OMMT主要以插层结构存在;与TPS相比,TPS/OMMT纳米复合材料的力学性能,热稳定性,耐水性有明显提升。其中,拉伸强度最大提升幅度为43.8%;初始降解温度最大提升幅度为20.1℃;接触角最大提升幅度为25.7°。

拉伸流场诱导聚丙烯/聚乙烯结构性能演变

相容性是阻碍废旧塑料高质高值回收的主要问题。文中采用自行研制偏心转子挤出机所提供的拉伸流场,以常用的PP和PE为研究对象,研究拉伸流场作用下PP/PE不相容体系结构性能演变行为,着重考察偏心转子挤出机加工转速和PP/PE组分比的影响。通过扫描电镜证明了拉伸流场可以诱导PP/PE不相容体系形成类蜂窝结构,并建立了结构演变规律。通过对制品力学性能的表征,证明了拉伸流场可以有效实现PP/PE的物理强制增容,并阐明了拉伸强度与拉伸流场强度和PP/PE组分比的关系。该文可以为聚合物不相容体系的物理强制增容提供理论和实验支撑,也可以为废旧塑料污染提供一条切实可行的高质、无污染、低成本回收路线。

剪切和拉伸流场对动态硫化EPDM/PP的力学性能与结晶结构的影响

利用以拉伸流场为主的叶片挤出机(VE)和以剪切流场为主的双螺杆挤出机(TSE)分别制备了不同组分比的动态硫化三元乙丙橡胶/聚丙烯(EPDM/PP)热塑性弹性体。通过对2种流场作用下共混物的力学性能、结晶熔融行为以及晶体形貌和晶体结构的对比分析,研究了拉伸流场对动态硫化EPDM/PP结构与性能的影响。结果表明,与双螺杆挤出机相比,由于拉伸流场更好的分散混合效果,EPDM/PP热塑性弹性体中的PP相能在较低温度结晶,共混物中PP相的晶体尺寸更小,分布更均匀,EPDM相与PP相界面结合更好,共混物的力学性能得到了显著提高;拉伸流场对EPDM/PP热塑性弹性体中PP相的晶格结构无影响,但对PP的结晶度影响较大。

体积拉伸流场作用下PP/纳米TiO_2共混物的热学及力学性能研究

通过新型叶片密炼机对聚丙烯(PP)/纳米二氧化钛(TiO_2)熔融塑化共混,获得PP/纳米TiO_2共混物。研究在拉伸流场作用下,不同纳米TiO_2含量和不同叶片密炼机转速对共混物热学和力学性能的影响。结果表明,拉伸流场作用下,共混物的冲击强度、拉伸强度和断裂伸长率随着纳米TiO_2含量呈现先增加后减少的趋势,纳米TiO_2含量为6%时,共混物冲击强度最高;纳米TiO_2含量为2%时,共混物拉伸强度和断裂伸长率最高。在转速较低时,转速变化对共混物力学性能影响不大,转速较高时,共混物力学性能有较大幅度的下降。纳米TiO_2含量和叶片密炼机的转速对PP/纳米TiO_2共混物的熔融和结晶行为的影响并不明显,PP/纳米TiO_2共混物的热稳定性随着纳米TiO_2含量的增加呈现先提高后降低的趋势,转速对于PP/纳米TiO_2共混物的热稳定性并不明显。

聚对苯二甲酸丙二酯熔体拉伸流变性能研究

使用毛细管流变仪研究了PTT熔体在单轴拉伸流场中的流变性能。结果表明,PTT熔体拉伸流动属于拉伸变稀型,熔体的拉伸粘度随拉伸应力增加而降低,随相对分子质量提高,熔体的拉伸变稀现象更加明显。熔体的相对分子质量越高,拉伸速率对熔体的拉伸粘度影响越大。随拉伸速率提高,熔体的拉伸应力增大,拉伸粘度减小,易产生拉伸共振现象。因此,PTT熔体纺丝时应该采取较低的喷头拉伸倍数,即适当提高熔体挤出时的纺丝速度,或降低卷绕速度,以此降低熔体拉伸比和防止拉伸共振现象,改善纺丝成形的稳定性。

拉伸形变作用下UHMWPE／PP／OMMT纳米复合材料的制备与表征

研究在拉伸流场作用下,有机化处理后的蒙脱土(OMMT)与超高分子量聚乙烯(UHMWPE)/聚丙烯(PP)在不同混炼时间下的分散效果。UHMWPE/PP/OMMT复合材料质量比固定为70/30/3,混炼时间分别为3、4、5、6、7 min。观察复合材料的微观结构、热学性能以及流变性能的变化。结果发现,在拉伸流场作用下,OMMT在3min后可初步均匀分布于基体之中。增加混炼时间,OMMT的分散效果只有小幅度的优化,但UHMWPE的结晶度有明显上升,而流变性能无明显变化。由于PP与OMMT的热稳定性不如UHMWPE,复合材料的热分解温度相比于纯UHMWPE降低。混炼时间过长时,材料出现了部分分解,导致结晶度和热稳定性的劣化。

流变技术在高分子表征中的应用:拉伸流变测试

流变测试是与高分子加工和应用相关的重要表征手段.尤其在纺丝、发泡、吹膜、吹塑等以拉伸流场占主导的高分子加工工艺中,高分子的拉伸流变行为对材料聚集态结构的形成起了决定性的作用,进而影响了产品最终的使役性能.本综述第一部分介绍了拉伸流场的定义、拉伸流场的分类以及各自的特征;第二部分概述了目前商业拉伸流变仪的种类,并围绕其基本原理、测试技巧以及优缺点等内容展开讲解;第三部分介绍了拉伸流变的测试模式,并举例说明了各个模式的优势;第四部分列出了在拉伸测试中存在的常见问题,并给出了相应的解决方案和建议;最后对拉伸流变与其他表征联用技术的发展趋势进行了总结和展望.

聚合物长支链的流变学表征方法

在聚合物中引入长支链能够显著地提高熔体强度,改善聚合物在拉伸流场中的加工性能,因此对长支链的表征显得十分重要。流变学被证实是一种非常有效且敏感的表征手段,近来受到普遍关注。本文总结了近年来国内外关于长支链聚合物流变学表征研究的最新进展,比较了不同类型流场下对长支链的流变学判断方法,尽量结合高分子链段分子结构解释了各种表征现象的含义,阐述了借助流变学对大分子拓扑结构的定性表征以及对长支链含量的定量表征方面的应用。

PS/PP共混熔纺纤维中分散相梯度分布研究

采用共混熔融纺丝的方法制备了具有梯度结构的PS/PP共混纤维,并借助毛细管流变仪分析了PS和PP的流变性能。在共混纤维制备的过程中,分别收集了位于距喷丝板5 cm处没有受到拉伸的挤出纤维和纺速为500 m/min的卷绕纤维,并借助扫描电镜来观察两种纤维样品横截面上分散相的分布,对比分析了纺程上拉伸流场前后的两种纤维样品横截面上分散相PS的分布形态。研究发现,挤出纤维中分散相PS呈均匀分布,而在卷绕纤维中分散相PS呈明显的梯度分布。结合流变性能对拉伸流场中共混纤维中分散相梯度分布的形成进行了初步探讨。

偏心转子挤出机制备LLDPE/UHMWPE共混物的形态、流变行为和力学性能的研究

超高分子量聚乙烯(UHMWPE)和线性低密度聚乙烯(LLDPE)具有相同的分子结构,但很大的黏弹差异使得难以获得相容性较好的共混物。利用由拉伸流场主导的偏心转子挤出机可在较短的加工时间内获得高性能的LLDPE/UHMWPE共混物。扫描式电子显微镜(SEM)表明,UHMWPE可与LLDPE混溶并均匀分布在LLDPE中。差示扫描量热法(DSC)结果表明,随着UHMWPE含量的增加,共混物的熔融温度(T_(m))和结晶度(X_(c))提高。UHMWPE质量分数为10%、20%、30%、40%和50%的共混物的冲击强度分别是纯LLDPE的1.05、1.2、1.25、1.3和1.4倍,力学性能得以较大程度的提高。研究表明,通过采用偏心转子挤出机(ERE)的拉伸流场加工方法,获得了具有良好相容性和力学性能的LLDPE/UHMWPE共混物。

偏心转子挤出机制备UHMWPE/PP/OMMT纳米复合材料及表征

利用拉伸流场支配的偏心转子挤出机制备了超高分子量聚乙烯(UHMWPE)/聚丙烯(PP)/蒙脱土(OMMT)纳米复合材料,固定UHMPWPE/PP的质量比为90/10,改变OMMT含量,分别研究复合材料中OMMT的分散形态、热学行为和流变性能。结果发现拉伸流场有利于OMMT在复合体系中的分散混合,当纳米填料OMMT含量为3 phr时分散效果最好。OMMT含量为3 phr时,均匀分散在基体中并以剥离态为主的OMMT有异相成核的作用,促进了UHMWPE的结晶,此时纳米复合材料中UHMWPE的结晶度最高;OMMT含量为3 phr和5 phr时的片层结构间距最大;OMMT含量为3 phr时热分解起始温度与分解5%时温度也最高;流变结果显示在高频区OMMT含量为3 phr时的储能模量接近于OMMT含量为7 phr时的储能模量。研究结果表明在拉伸流场下较好实现了OMMT的剥离和插层结构。

PE-UHMW分子量对PE-HD/PE-UHMW复合材料形态及性能影响

将超高分子量聚乙烯(PE-UHMW)与高密度聚乙烯(PE-HD)分子量之比分别设为4.6∶1,12.5∶1,25∶1和50∶1,在溶液中实现分子链均匀混合,再借助超声辅助挤出设备熔融共混制备PE-HD/PE-UHMW复合材料,研究了PE-UHMW分子量对复合材料力学性能的影响机制。结果发现由于PE-UHMW的分子链很长,其分子之间的缠结密度增大,分子间具有较大的摩擦力,分子链驰豫时间变长,中心纤维核增长变多,因此,随着PE-UHMW分子量的增大,复合材料体系越能够在成型过程中形成更丰富的串晶结构,而且在拉伸破坏过程中,更容易发生球晶的破碎重结晶,形成单一取向的串晶结构,因此,复合材料的屈服强度和断裂强度均增大;且PE-UHMW对PE-HD的分子链约束性更强,弹性更好,导致其断裂伸长率较大。

基于叶片挤出机加工的PP／PS共混体系相形态研究

应用最新研制的叶片挤出机,研究了PP/PS共混体系经叶片挤出机挤出的相形态演变过程,在此基础上对比分析了叶片挤出机和单螺杆挤出机加工PP/PS共混体系的最终相形态,以及挤出转速对PP/PS共混体系分散混合效果的影响。结果表明,和单螺杆挤出机相比,经叶片挤出机加工的共混物的分散相粒径更小、更均匀,且受共混体系组分的影响更小。叶片挤出机的转速,会影响PP/PS共混体系的分散混合效果。在本实验中,加工转速为60 r/min时,PP/PS(70/30)共混体系的分散相粒径平均尺寸达到最小,约为0.65μm,且分散最均匀。