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聚合物共混物最后的性能很大程度上是由其形态决定,因此研究共混物在挤出机螺杆沿程的形态演变就很有实际意义。
本文首先介绍了聚合物共混物形态的演变及影响因素,阐述了PP/PA6共混物的形态结构及流变性能。在对牌号分别为CJS700(PP-1)和J501(PP-2)的两种PP(聚丙烯)以及牌号分别为1030J(PA6-1)和1030B(PA6-2)的两种PA-6(尼龙-6)进行流变性能(剪切黏度)测试、分析的基础上,采用三种单螺杆挤出机螺杆组合方式(分别为普通螺杆元件组合结构、屏障螺杆元件组合结构、销钉螺杆元件组合结构),在螺杆转速为20rpm的条件下制备了四种PP/PA6共混物样品(分别为PP-1/PA6-1、PP-1/PA6-2、PP-2/PA6-1和PP-2/PA6-2)。通过在线取样装置从单螺杆挤出机沿程取样,借助扫描电子显微镜(SEM)获取不同流场下样品的微观形态,定量分析分散相层状结构及其破裂后的液滴的尺寸及尺寸分布。研究了黏度比(p)和螺杆组合结构对共混物形态演变的影响。
研究结果表明黏度比对分散相形态有很大的影响。当p<1时,共混体系的分散相在单螺杆挤出过程中形成了层状结构,层状结构在剪切应力的作用下很快被拉长破裂,形成球状液滴;而当p≥1时,在螺杆沿程都有明显的层状结构存在,并且PP-1/PA6-2共混体系在挤出机末端仍有少部分丝状物正在破裂。在挤出机末端,基体相黏度高的共混体系形成的分散相液滴平均等价直径要小一些。主要是由于高黏度的基体相能够传递给分散相足够的剪切应力,当剪切应力高于界面张力时,液滴被拉伸断裂;然而低黏度的基体相在分散相周围则起到了类似“润滑剂”的作用,降低了传递剪切应力的能力。
对于共混体系PP-2/PA6-2,采用三种不同的螺杆组合结构研究分散相形态的演变。随着共混物熔体沿螺杆轴向方向的输送,在销钉螺杆元件组合结构中,形成的层状结构的长厚比最大。而在挤出机末端,普通螺杆组合结构中分散相液滴平均等价直径最大。
结合实验数据,分析了PP-2/PA6-1和PP-2/PA6-2两种共混物在普通螺杆内不同流动轨迹运动上形态的演变。