熔融混煉擠出是一種經(jīng)濟高效的聚合物基納米復合材料制備方法,在擠出過程中實現(xiàn)納米粒子在聚合物基體中的良好剝離和分散一直是制備高性能聚合物基納米復合材料所面臨的重要挑戰(zhàn)。本文基于數(shù)值模擬結果組合連續(xù)性水輔混煉擠出（WAME）用雙螺桿擠出機的螺桿結構,用于制備聚偏二氟乙烯（PVDF）/石墨烯,聚苯乙烯（PS）/PVDF和聚酰胺6（PA6）/PVDF共混物及其石墨烯復合材料。通過促進石墨烯在聚合物基體中的分散,實現(xiàn)較低石墨烯含量下復合材料的導熱和介電性能的改善。利用高壓流變儀研究水對聚合物流變性能的影響,結合材料的微觀結構和宏觀性能,分析水輔混煉擠出促進石墨烯分散和共混物形態(tài)演變的機理。聚合物熔體在不同螺桿結構所形成流道中的流動的數(shù)值模擬結果表明,在反向螺紋元件上游布置捏合塊特別是錯列角為90?捏合塊,有利于提高整個流道內的熔體壓力,從而保證混煉擠出過程中注入的水以液態(tài)的形式存在。計算不同螺桿結構所形成流道中液滴的比毛細數(shù),并用于評估不同螺桿結構對液滴的分散混合能力。結果表明,使用含有捏合塊的螺桿結構,獲得的最大比毛細數(shù)較大,即該螺桿的分散混合效率較高。采用WAME制備PVDF/氧化石墨烯（G... 

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【學位級別】：博士

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摘要
Abstract
符號說明
第一章 緒論
    1.1 水輔混煉擠出研究現(xiàn)狀
        1.1.1 水輔混煉擠出實現(xiàn)方法
        1.1.2 水輔混煉擠出參數(shù)對材料性能的影響
        1.1.3 納米粒子的結構與化學性質對材料性能的影響
        1.1.4 水輔混煉擠出聚合物基納米復合材料的性能
        1.1.5 水輔混煉擠出共混物基復合材料的性能研究
        1.1.6 水的作用機理
    1.2 石墨烯的結構與應用
    1.3 聚合物/石墨烯納米復合材料研究現(xiàn)狀
        1.3.1 制備方法
        1.3.2 性能研究
        1.3.3 氧化石墨烯的原位還原
        1.3.4 共混物/石墨烯納米復合材料的性能
    1.4 尚存在的問題與不足
第二章 研究方案和實驗設備、原料與方法
    2.1 研究方案和主要研究內容
        2.1.1 研究方案
        2.1.2 主要研究內容
        2.1.3 研究意義
    2.2 實驗設備
    2.3 原料
    2.4 樣品制備、配方和工藝
    2.5 測試與表征
        2.5.1 在線剪切流變性能測試
        2.5.2 動態(tài)流變性能測試
        2.5.3 微觀結構和相形態(tài)
        2.5.4 GO還原程度的表征
        2.5.5 導熱性能測試
        2.5.6 電學性能測試
        2.5.7 拉伸性能測試
        2.5.8 熱穩(wěn)定性能測試
第三章 水輔混煉擠出過程中螺桿的建壓和分散混合能力
    3.1 水輔混煉擠出對螺桿結構的要求
    3.2 水輔混煉擠出流場的數(shù)值模擬
        3.2.1 假設條件和基本方程
        3.2.2 本構模型
        3.2.3 幾何模型與網(wǎng)格劃分
        3.2.4 邊界條件和初始條件
    3.3 模擬結果與討論
        3.3.1 壓力場
        3.3.2 剪切速率場
        3.3.3 混煉指數(shù)
        3.3.4 分散混合能力
    3.4 螺桿結構組合
    3.5 本章小結
第四章 水輔混煉擠出促進GO分散及PVDF/GO納米復合材料的結晶與力學性能
    4.1 實驗部分
        4.1.1 GO懸浮液制備與表征
        4.1.2 PVDF/GO納米復合材料制備
        4.1.3 PVDF/GO納米復合材料樣品測試與表征
    4.2 GO的微觀結構
    4.3 復合材料的結構與性能
        4.3.1 微觀結構
        4.3.2 晶體結構
        4.3.3 動態(tài)流變性能
        4.3.4 拉伸性能
    4.4 本章小結
第五章 水輔混煉擠出促進GO原位熱還原及PVDF/GO納米復合材料的導熱性能
    5.1 實驗部分
        5.1.1 GO懸浮液制備
        5.1.2 PVDF/GO納米復合材料制備
        5.1.3 PVDF/GO納米復合材料中GO粉末的萃取
        5.1.4 測試與表征
    5.2 PVDF/GO納米復合材料的導熱性能及其改善的機理
        5.2.1 導熱性能
        5.2.2 導熱性能改善的機理
    5.3 PVDF和PVDF/GO納米復合材料的電導率
    5.4 PVDF/GO納米復合材料的熱穩(wěn)定性
    5.5 本章小結
第六章 水輔混煉擠出促進GO對PS/PVDF共混物的增容效應
    6.1 實驗部分
        6.1.1 GO懸浮液制備
        6.1.2 PS/PVDF共混物及PS/PVDF-GO共混物納米復合材料制備
        6.1.3 測試與表征
    6.2 GO的微觀結構
    6.3 水輔混煉擠出過程中GO對PS/PVDF共混物的增容效應
    6.4 共混物復合材料的性能
        6.4.1 拉伸性能
        6.4.2 流變性能
        6.4.3 熱性能
    6.5 本章小結
第七章 水輔混煉擠出促進PA6/PVDF共混物形態(tài)演變和改善其復合材料介電性能
    7.1 實驗部分
        7.1.1 膨脹石墨的制備與表征
        7.1.2 共混物及PA6/PVDF/EG共混物復合材料制備與表征
    7.2 共混物的相形態(tài)與結晶行為
        7.2.1 相形態(tài)
        7.2.2 結晶行為
    7.3 PA6/PVDF/EG共混物復合材料的微觀結構與結晶行為
        7.3.1 PA6/PVDF/EG共混物復合材料的微觀結構
        7.3.2 PA6/PVDF/EG共混物復合材料的結晶行為
    7.4 PA6/PVDF共混物及其復合材料的介電性能
    7.5 本章小結
第八章 水促進石墨烯分散和共混物相形態(tài)演變的機理分析
    8.1 高壓水條件下聚合物的流變行為
        8.1.1 測試方法
        8.1.2 水分子對不同聚合物流變性能的影響
        8.1.3 剪切作用下水分子對聚合物粘度的影響
    8.2 水輔混煉擠出過程中水促進GO在PVDF熔體中分散的機理
    8.3 水輔混煉擠出過程中水促進共混物相形態(tài)演變的機理
        8.3.1 PS/PVDF共混物
        8.3.2 PA6/PVDF共混物
    8.4 本章小結
結論
創(chuàng)新點
參考文獻
攻讀博士學位期間取得的研究成果
致謝
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本文編號：3684890