超临界CO2对PP/无机粒子复合体系的辅助加工及挤出发泡作用的研究

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利用无机填料对聚合物进行填充改性,可以增加聚合物的功能性、增强聚合物的力学性能或降低原材料的成本,因此得到了广泛的应用。但要得到具有预期性能的聚合物改性材料,对聚合物/无机填料复合体系的辅助加工提出了很高的要求,这也是无机填料填充改性聚合物研究的重点和难点。本文利用密炼机、单螺杆挤出机和双螺杆挤出机,研究了超临界CO2、无机填料种类和含量、加工设备和加工工艺条件(温度、转速)对PP/无机填料复合体系辅助加工的影响。研究结果表明,超临界CO2对PP/无机填料复合体系的辅助加工具有积极的作用。对于PP/滑石粉复合体系而言,超临界CO2能促使滑石粉在PP基体中均匀分散,并且能降低其微观片状结构在加工过程中的破坏程度,通入的超临界CO2越多,效果越明显;相对于双螺杆挤出对PP/滑石粉复合体系的辅助加工作用而言,通入超临界CO2的单螺杆挤出对于滑石粉在PP基体中的分散效果已接近前者,并且能够避免前者对于滑石粉微观片状结构的剧烈破坏,优势十分明显;同时,温度越高,滑石粉在PP基体中的分散越均匀,其微观片状结构在加工过程中保存得越完整;转速越高,滑石粉在PP基体中的分散也越均匀,但其微观片状结构会被破坏得越严重;另外,滑石粉含量越多,滑石粉在PP中容易出现团聚现象,分散越不均匀,复合体系之间的摩擦力也会增大,滑石粉的微观片状结构也会因为摩擦力增大而减小。对于PP/有机蒙脱土复合体系而言,超临界CO2能促进PP熔体在有机蒙脱土的层间结构进行插层,有机蒙脱土的层间距增大,加入的超临界CO2含量越多,效果越明显;温度越高、转速越大,有机蒙脱土的层间距越大,PP熔体越容易插入有机蒙脱土的层间结构,但作用效果不明显。PP泡沫塑料不仅节省原料、减轻重量,而且具有良好的韧性、耐热性、绝缘性、保温性、耐化学药品性以及可降解回收性,应用十分广泛。然而传统的间歇发泡成型方法由于其生产效率低,无法进行工业化生产;传统的挤出发泡成型中所用的发泡剂均为化学发泡剂,化学发泡剂在生产过程中有残留物质存在、成本较高、不符合环保要求、发泡效果也不理想。为此,本文利用超临界CO2来对PP/无机填料复合体系进行挤出发泡性能研究。研究了超临界CO2含量、无机填料种类和含量、挤出发泡温度、螺杆转速和口模压力对PP/无机填料复合体系超临界CO2挤出发泡性能的影响。研究结果表明:添加无机填料能够促进气泡异相成核,但不宜过多,无机填料添加过多时,容易在聚合物基体中出现团聚现象,分散不均匀,体系粘度增大。提高螺杆转速将会使螺杆对物料的剪切作用增强,有利于聚合物与超临界CO2均相体系的形成,同时提高螺杆转速将会使得气泡的成核密度增加,泡孔分布也将更为均匀,但螺杆转速的提高将会缩短物料和超临界CO2的有效接触时间,这将不利于聚合物与超临界CO2均相体系的形成。温度较低时,口模压力大,但容易出现口模堵死现象,温度较高时,口模压力小,不利于气泡成核及泡孔生长。在实验条件允许的范围内,随着模头压力的增大,泡孔密度将会逐步增大,泡孔大小变得细小均匀。对于本实验研究中的PP/无机填料复合体系挤出发泡而言,当超临界CO2的注入量为0.05ml.min、添加10%wt的滑石粉或3%的有机蒙脱土、温度为160℃左右,转速为10HZ左右,口模压力在14-17MPa之间时,其发泡效果最为理想,HMSPP/无机填料复合体系的发泡效果优于PPT30S/无机填料复合体系的发泡效果。
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