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微孔塑料因具有质轻、省料、热导率低、隔热性能好、能吸收冲击载荷、隔音效果好等优点,拥有非常广阔的市场前景,近几十年来发展极快。为了早日实现产业化和广泛应用,微孔塑料的连续挤出成型成为二十一世纪高分子材料加工领域的研究热点。本文采用自主设计的有螺纹转子系统对PMMA微孔发泡成型过程进行了研究,并与采用先前设计的无螺纹转子系统所得到的结果进行了比较。利用超临界流体恒压输送装置和微孔发泡动态模拟实验机,以超临界CO2作为物理发泡剂,分别在传统稳态力场和振动力场下制取PMMA微孔塑料。通过改变温度、压力、气体饱和时间、剪切、振频和振幅等工艺参数,研究和分析工艺参数对PMMA微孔塑料的影响。
本文首先运用三维造型技术和CAE技术对有螺纹转子系统进行设计和模拟分析。然后运用两组不同转子系统开展大量实验,得到如下结论:温度与聚合物熔体强度、超临界CO2溶解度的关系密切。当温度过低时,超临界气体的溶解度高,但是聚合物熔体强度大,超临界流体很难进入熔体内形成均相体系。温度过高时,气体溶解度低,成核数目少,故要根据各种材料的性能和设备选择合适的发泡温度;随着压力的增加,气体的溶解度和扩散系数都增加,有利于均相体系的形成。在设备允许的条件下,尽量提高发泡压力,有利于得到较好泡孔结构的微孔塑料样品;增大压力释放速率有利于气泡成核。
有螺纹转子系统比无螺纹转子系统提供更大的剪切能,能够提高成核密度和缩短均相体系形成时间,改善了泡孔形态。在运用无螺纹转子系统在稳态条件下进行实验时,泡孔因受单一的周向剪切作用而沿剪切流场的方向过度取向,使泡孔呈椭球状,影响样品的性能。当搭配合理的振动参数后,泡孔结构可以得到改善。在运用有螺纹转子系统在稳态条件下进行实验时,熔体在螺纹的剪切推拉作用下分子取向不明显,泡孔趋于球形。当施加振动后,振动的作用在螺槽中形成往复轴向剪切,大分子轴向取向与沿螺槽流动方向取向的大分子链形成网格结构,进一步改善了泡孔结构。