论文部分内容阅读
随着社会和科技的发展,机器人已经广泛地应用于工农业、服务业和高科技等领域,将人们从繁琐、危险和高强度劳动中解放出来。为了适应水下工作的需要,更多的水下机器人进入到人们视野,制备一种质轻、密度小、力学性能和绝缘性能好的水下作业机器人用漂浮发泡电线电缆至关重要。聚丙烯（PP）是一种密度小、力学性能和绝缘性能优良的高分子材料,是制造漂浮发泡电线电缆首选树脂基体材料,然而纯PP材料熔体强度较低,发泡性较差,难以满足使用要求,限制了其在漂浮发泡电线电缆的应用,因此,改性聚丙烯材料熔体强度成为人们研究热点。本文采用氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物（SEBS）改性PP的熔体强度,同时研究以乙烯醋酸乙烯共聚物（EVA）作为发泡母料载体的发泡体系,确定最佳发泡母料配方及工艺,进而制备出性能优异的PP/SEBS发泡电缆料,以满足水下机器人用漂浮发泡电线电缆的要求。本文首先制备了发泡母料。研究了发泡母料的共混工艺以及载体EVA含量对PP的力学性能、电性能、流变性能、微观形貌的影响,同时重点研究了助发泡剂、发泡剂、成核剂对PP发泡效果的影响。结果表明:发泡母料的最佳共混工艺为温度140℃、转速40 r/min、时间8 min,随着EVA含量的增加,PP/EVA材料的储能模量、损耗模量与复数粘度均是先下降后上升,断裂伸长率先上升后下降,拉伸强度逐渐下降,体积电阻率先升高后降低,击穿场强呈下降趋势,当EVA含量为10 wt%时性能最优。随着助发泡剂含量的增加,发泡剂分解温度逐渐降低,发泡材料泡孔尺寸逐渐增大,泡孔密度先升高后降低;随着发泡剂、成核剂含量增加,泡孔尺寸先减小后增大,泡孔密度先升高后降低。当助发泡剂含量为3 wt%,发泡剂含量为1.5 wt%,成核剂碳酸钙的含量为1 wt%时,所制备的PP发泡材料性能最优,此时泡孔尺寸为80μm,泡孔密度为1.16×10~4（个/cm~3）,拉伸强度为11.64 MPa,断裂伸长率为218.47%。进而得出最佳发泡母料配方为:EVA含量68.9 wt%、助发泡剂含量20.7 wt%、发泡剂含量10.3 wt%、成核剂含量6.9 wt%,此时在发泡体系中发泡母料的用量为14.5 wt%。然后制备了PP/SEBS发泡基体。研究了不同SEBS含量对PP/SEBS发泡基体的流变性能、微观形貌、力学、电学等性能的影响,结果表明:随着SEBS含量的增加,PP/SEBS发泡基体材料的储能模量、损耗模量、复数粘度在不断上升,在角频率为0.119 rad/s的条件下,当PP/SEBS复合材料中SEBS含量为30 wt%时,复合材料储能模量为179 Pa,损耗模量为581 Pa,复数粘度为5100Pa·s,比纯PP材料分别上升了275%、22%和27%;断裂伸长率呈现出先升高后降低的趋势,拉伸强度逐渐下降,体积电阻率先升高后降低,击穿场强呈下降趋势,邵氏硬度A逐渐下降。进一步通过PP/SEBS与发泡母料共混挤出制备发泡电缆料,研究了PP/SEBS发泡电缆料的发泡特性、力学、电学等性能,并与基体材料进行对比分析。结果表明:PP/SEBS发泡电缆料的拉伸强度先下降后上升最后再下降,击穿场强先下降后上升,发泡材料密度呈下降趋势,其它性能变化规律与发泡基体材料一致;当SEBS含量为30 wt%时,发泡PP/SEBS电缆料综合性能最佳,此时泡孔尺寸为65μm,相较于纯PP发泡材料下降了18.75%,泡孔密度为2.7×10~4（个/cm~3）,相较于纯PP发泡材料上升了133%,并且分布最均匀,断裂伸长率为876.28%,拉伸强度为13.17 MPa,体积电阻率为7.5×1013Ω·m,击穿场强为18.54 k V/mm,相较于基体材料分别下降了13.71%、41.04%、33.6%、24.54%,下降幅度最小,发泡电缆料邵氏硬度A与密度分别为79、0.4 g/cm~3。最后,对PP/SEBS发泡电缆料挤出工艺进行研究。结果表明:PP/SEBS发泡电缆料的泡孔尺寸是随着模具温度的上升而逐渐增加的,泡孔密度是先上升后下降的,当模具温度为180℃时泡孔结构最好;随着螺杆转速的增加,PP/SEBS发泡电缆料的泡孔尺寸呈下降趋势,而泡孔密度逐渐上升,当螺杆转速为50r/min时泡孔结构最好。进而得出最佳挤出工艺为:挤出机机身Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ区温度分别为160℃、165℃、170℃,模具温度为180℃,螺杆转速为50 r/min。