再生PVDF/蒙脱土纳米复合材料制备与性能

通过新型非对称双螺杆挤出机制备再生聚偏氟乙烯(PVDF)/蒙脱土(MMT)纳米复合材料,采用傅里叶变换红外光谱仪、差示扫描量热仪、热重分析仪、扫描电子显微镜(SEM)、转矩流变仪和万能电子试验机等对材料进行表征测试,研究MMT含量对复合材料结构和性能的影响。结果表明,MMT对复合材料的结晶行为有一定的影响,添加MMT后复合材料的熔融温度、结晶温度和结晶度都有提高,添加1% MMT复合材料的熔融温度和结晶温度分别比未加MMT的再生PVDF提高1℃和0.94℃;再生PVDF/MMT复合材料的降解温度随着MMT含量增加而降低,失重50%的温度反而随MMT含量增加而升高;SEM发现,MMT以100~200 nm的片状分散在PVDF基体中,随着MMT含量增加,出现MMT团聚、脱落现象;在实验范围内,随着MMT含量的增加,复合材料的拉伸强度和缺口冲击强度随之提高,添加5% MMT复合材料的拉伸强度比未添加MMT的提高33.5%,缺口冲击强度提高29.7%;转矩流变实验发现,适量的MMT增加了复合材料加工时的剪切作用,降低了熔体塑化平衡扭矩。

石墨烯对再生PVDF复合材料性能的影响

利用新型非对称同向双螺杆挤出机制备再生聚偏氟乙烯(PVDF)/石墨烯复合材料,通过扫描电子显微镜、差示扫描量热仪、同步热分析仪、电阻率测试仪、电子万能试验机等手段对复合材料结构和性能进行表征测试。结果表明,石墨烯在PVDF基体中分散均匀,未见明显的团聚现象;在实验范围内,复合材料的导电性能随着石墨烯含量的增加而提高,添加5%质量分数石墨烯的复合材料体积电阻率为8.98×10^8Ωm,表面电阻率为1.18×10^12Ω,电导率由不加石墨烯时的2.34×10^-14 S/m提高到1.68×10^-9 S/m。复合材料试样的拉伸强度在石墨烯质量分数3%时有最大值30.2 MPa,比未加石墨烯的PVDF提高了22.6%,断裂伸长率则提高了80%。石墨烯能提高复合材料的热稳定性能,添加5%石墨烯试样的最大降解温度为383℃,比未加石墨烯的PVDF提高了16.1℃。

差速双螺杆非充满输送粘弹流体的可视化

给出了一种新型同向非对称双螺杆结构,2根螺杆的转速比为2∶1。为探索其物料流动以及混合特性,研制了全程可视化新型实验样机。采用一种常温粘弹性流体羧甲基纤维素钠着色后,观察流体在可视化设备中流动以及混合过程。采用4台摄像机采集挤出过程图片,提取图像关键尺寸后计算得到填充度,建立法向分布尺寸和填充度的关系模型。采用电导率法测定物料在各工况下的停留时间,考察了螺杆转速对物料轴向混合的影响。首次捕捉到新型双螺杆在非充满情况下的流动图像,发现上下啮合区及远离啮合区的非对称现象存在及单头螺槽内料陇的拉伸作用。

一种新型差速同向双螺杆挤出机

同向双螺杆挤出机是重要的配混加工设备,尤其在高分子材料制备过程中起到关键作用。为引入混沌混合和拉伸场,本文提出了一种新型差速同向双螺杆的新概念。介绍了具有自洁功能的差速双螺杆几何学。针对螺杆转速比为2:1的螺杆结构进行了一系列研究。在螺纹元件全充满状态下,有限元数值模拟研究揭示了流体的输运和混炼过程。借助机筒剖分结构及全透明机筒,开展了加工过中非充满及充满情况下静态及动态可视化研究,探索新型螺杆的熔融机理和输送过程的非对称效应。选择了纳米碳酸钙填充LLDPE体系及不相容PP/TPU共混体系,进一步进行材料制备研究,对比了差速双螺杆与传统同向双螺杆混炼能力。

一种差速双螺杆非充满熔体输送模型

自主研制了可切换螺杆转速比的机筒全程透明的同向双螺杆挤出仪器,可分别进行等速及差速双螺杆挤出可视化实验研究。制备了羧甲基纤维素钠溶液作为加工流体,观察不同计量加料情况下,螺杆构型及双螺杆转速对流体输送行为的影响,提出了全新的包括正位移和拖曳流的部分充满流体输送模型。实验表明,在非充满情况下,流体输送的拓扑路线不同,与等速双螺杆相比,物料在差速双螺杆左右螺槽内充满度存在非对称现象,上下啮合区存在较大的堆积现象。2种螺杆构型输送机理相似,均存在拖曳流、正位移输送及螺杆机筒间隙漏流。在非充满情况下,初步建立了差速同向自洁双螺杆的流体输送解析理论,得到了不同情况下充满度计算公式。当产量一定时,随着螺杆转速的增加,螺槽充满度下降,漏流增大,拖曳流量减少,而正位移量增加。