聚合物熔体振荡推拉成型试样的结构与性能研究

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本文在自制的循环振荡推拉成型设备平台上,通过在成型过程中引入往复剪切动态力场和往复振荡剪切力场,对比系统研究分析了三种不同聚合物分别在不同动态力场作用下聚合物试样聚集态结构和性能变化的规律和响应机理。1.选取常用高结晶型高密度聚乙烯HDPE,使用自制的聚合物熔体循环振荡推拉设备进行常规挤塑成型、循环推拉成型及循环振荡推拉成型实验,对比研究了不同力场下成型试样的力学性能变化规律,结果发现成型过程中引入往复剪切动态力场的循环推拉成型试样的拉伸强度、冲击强度和弹性模量相比没有引入动态力场属于静态成型的常规挤塑成型分别提高了85%、113%和48%,实现了试样性能的自增强增韧;引入往复振荡剪切动态力场后的循环振荡推拉成型试样性能相比循环推拉成型又进一步提高了26%、39%和26%。利用PLM、DSC、2D-WAXD及SEM微观结构表征手段对成型试样的聚集态微观结构进行表征,对比分析了静态力场(非动态力场)、往复剪切动态力场和往复振荡剪切复合动态力场作用下高结晶度聚合物聚集态结构及性能变化的响应机理,发现试样力学性能提高的原因在于动态力场形成了高度取向的串晶及串晶互锁结构,并提高了试样的取向度和结晶度;往复振荡剪切复合动态力场与往复剪切动态力场相比串晶数量增加导致取向层的增厚、串晶互锁紊乱区的减少及结晶度的进一步提高是其力学性能进一步提高的原因。使串晶数量增多取向层增厚大幅提高拉伸强度和冲击强度是往复振荡剪切复合动态力场成型HDPE试样时相比往复剪切单一动态力场的突出优点。2.选取常用半结晶型等规聚丙烯iPP,使用自制的聚合物熔体循环振荡推拉设备进行常规挤塑成型、循环推拉成型及循环振荡推拉成型标准哑铃样条试样,研究了不同力场下成型试样的力学性能变化规律,结果发现成型过程中引入往复剪切动态力场的循环推拉成型试样的拉伸强度、冲击强度和弹性模量相比没有引入动态力场属于静态成型的常规挤塑成型分别提高了52%、160%和87%,实现了试样性能的自增强增韧;引入往复振荡剪切动态力场后的循环振荡推拉成型试样相比循环推拉成型又进一步提高了19%、79%和12%。利用PLM、DSC、2D-WAXD及SEM微观结构表征手段对成型试样的聚集态微观结构进行表征,对比分析了静态力场(非动态力场)、往复剪切动态力场和往复振荡剪切复合动态力场作用下半结晶聚合物聚集态结构及性能变化的响应机理,发现试样力学性能提高的原因在于动态力场使球晶尺寸减少且球晶密度增加,并提高了试样的取向度和结晶度。与往复剪切动态力场相比,往复振荡剪切复合动态力场使试样进一步自增强增韧的原因在于球晶尺寸的进一步减少和球晶密度的进一步增加,并进一步提高了试样的取向度和结晶度。球晶间形成高度取向的片晶、球晶的进一步细密化实现试样性能的增强增韧是往复振荡剪切复合动态力场作用下成型iPP试样相比往复剪切单一动态力场的突出特点。3.选取常用高抗冲聚苯乙烯HIPS,使用自制聚合物熔体循环振荡推拉设备进行常规挤塑成型、循环推拉成型及循环振荡推拉成型,研究了不同力场下成型试样的力学性能变化规律,结果发现成型过程中引入往复剪切动态力场的循环推拉成型试样的拉伸强度、冲击强度和弹性模量相比没有引入动态力场属于静态成型的常规挤塑成型分别提高了56%、263%和80%,断裂伸长率同时获得27%的提高;引入往复振荡剪切动态力场后的循环振荡推拉成型比循环推拉成型试样的拉伸、冲击、弹性模量及断裂伸长率分别提高了8%、56%、8%及22%。利用SEM、SAXS及TEM微观结构表征手段对成型试样的聚集态微观结构进行表征,对比分析了静态力场(非动态力场)、往复剪切动态力场和往复振荡剪切复合动态力场作用下HIPS试样分层形貌的形成机理和试样聚集态结构、性能变化的响应机理,结果发现动态力场作用下PS基体的取向及在HIPS试样皮层形成了沿流动方向取向且平行排列的鹅卵石形状PB相是其HIPS试样力学性能增强增韧的主要原因,这种特殊相结构可以大幅提高试样的冲击强度,同时使拉伸强度获得一定提高;引入往复振荡剪切复合动态力力后使试样力学性能比循环推拉成型进一步获取提高,其原因在于复合动态力场使PB相变形程度增加,获得更多的变形且纤化增强的PB相使皮层增厚,且变形PB相的取向平行排列更为规整。通过形成变形更为剧烈、进一步纤化且取向平行排列的PB相是往复振荡剪切复合动态力场作用下成型HIPS试样相比往复单一动态力场的突出特点。
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