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聚氯乙烯(PVC)发泡材料作为一种新型建材,具有卓越的仿木性能,尤其是为了弥补木材资源的不足,人们采用低发泡PVC塑料取代木材,但是这种低发泡塑料降低了PVC塑料的韧性,使其变脆。微孔塑料成型技术的问世很好地解决了这一问题,微孔塑料具有很好的力学机械性能。PVC微孔塑料最初于1993年由Kumar和weller等人研制成功,他们采用不加任何添加剂的硬PVC配方,以二氧化碳气体作为发泡剂,用间歇成型法制备。目前大多数研究者都采用间歇成型法制备PVC微孔发泡试样以研究其力学性能和工艺技术,关于PVC微孔塑料的连续挤出成型却少有报道。本文在深入研究微孔发泡机理以及影响PVC微孔泡沫塑料成型的各种因素的基础上,提出了一个新的思路,即利用华南理工大学聚合物新型成型装备国家工程研究中心拥有自主知识产权的电磁动态振动成型技术以及自制的微孔发泡动态模拟装置来对振动力场作用下PVC微孔发泡成型进行实验研究。
本文利用已有的超临界流体恒压输送装置和微孔发泡动态模拟实验机台,以超临界CO<,2>作为物理发泡剂,分别模拟在传统“稳态”过程和振动力场下制取PVC微孔塑料,并通过改变温度、压力、气体饱和时间、剪切、振频和振幅等工艺参数以及PVC配方中的改性剂和增塑剂的含量等来对比得到的PVC微孔塑料的异同,找出稳态剪切和动态振动力场作用下PVC微孔发泡过程中的影响因素和趋势,寻找出适合PVC微孔发泡的配方和成型加工工艺条件。通过实验研究得出:温度不能太高也不能太低,在本实验考察的温度范围内,将发泡温度设置为160℃适合PVC的发泡;增加饱和压力有利于增加成核密度,而且有利于气泡的长大,使泡孔壁变薄;提高转速和增加气体饱和时间有利于提高制品中的泡孔密度,泡孔分布更加均匀,但过度剪切对热稳定性差的PVC是有害的;在气体饱和时间相同的情况下,振动的引入使得气体在聚合物熔体中可以分散得更均匀,气体与聚合物熔体更易形成均相体系,有利于形成分布均匀的微孔结构。而且,加振之后可明显缩短气体饱和时间,缩短成型周期。施加振动后,若想得到致密而又均匀的微孔结构,剪切速率的大小应当与振动参数相匹配,在本实验研究的参数范围内,低转速配合大的振动参数,高转速配合小的振动参数。
通过研究不同配方对PVC微孔发泡的影响,我们还发现,在本次研究所设定的工艺条件下,改性剂含量在2~4份之间、不加或者少量的增塑剂(含量低于2份)比较适合PVC微孔发泡,而且施加振动力场有利于得到细小均匀的微孔结构。对不同配方发泡前后的玻璃化温度进行了测量,测试结果证明了超临界CO<,2>对聚合物存在较强的增塑作用,可显著降低聚合物的玻璃化温度。通过对同一配方在不同工艺参数下发泡后试样维卡软化温度的测定,我们发现维卡软化温度与泡孔结构之间存在一定的关系,即泡孔密度越大或泡孔直径越小,试样的维卡软化温度越高,耐热性越好。
采用超临界CO<,2>为发泡剂,实验得到了泡孔密度在1.0×10<'7>~3.5×10<'8>个/cm<'3>之间,平均泡孔直径在15~60μm之间,发泡制品密度在0.6~0.87g/cm<'3>(未发泡制品的密度为1.32g/cm<'3>)之间的PVC泡沫塑料。