五種常用工程塑料之一的尼龍6（PA6）具有耐磨、耐腐蝕、易加工成型等特點(diǎn),工業(yè)應(yīng)用十分廣泛。然而尼龍6尺寸穩(wěn)定性差、強(qiáng)度和模量較低,利用熔融共混方法對(duì)尼龍6進(jìn)行碳纖維（CF）填充改性是實(shí)現(xiàn)其高強(qiáng)度、穩(wěn)定性的同時(shí)也具有導(dǎo)電、導(dǎo)熱等功能化性能的有效方法之一。針對(duì)CF/PA6復(fù)合材料混合過程中CF的長(zhǎng)度和分散不能兼得的特性,開發(fā)超聲波輔助拉伸/剪切應(yīng)變速率比可調(diào)的混合裝置,并在此基礎(chǔ)上研究混合裝置結(jié)構(gòu)、材料配方及工藝參數(shù)對(duì)共混物性能的影響規(guī)律。研究成果具有一定的理論意義及工程應(yīng)用價(jià)值。本課題基于正位移輸送原理,研制了超聲波輔助拉伸/剪切應(yīng)變速率比可調(diào)熔融混合裝置,分析和介紹了該混合裝置的工作原理和機(jī)械結(jié)構(gòu);建立了葉片混煉單元的物理數(shù)學(xué)模型。理論分析發(fā)現(xiàn)調(diào)節(jié)裝置偏心距可調(diào)控混煉單元拉伸和剪切應(yīng)變強(qiáng)度以及兩者之間的比值,且拉伸應(yīng)變速率始終處于支配地位。將功率可調(diào)超聲波垂直作用于熔體流動(dòng)方向,實(shí)現(xiàn)了超聲波對(duì)正應(yīng)力支配的高溫、高壓熔融混合過程的持續(xù)有效輔助。利用該混合裝置在不添加任何助劑的情況下制備了CF/PA6共混物,探究了不同偏心距下體積拉伸形變作用對(duì)CF/PA6共混物中CF長(zhǎng)度、CF分散狀態(tài)的... 

【文章來源】：華南理工大學(xué)廣東省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：101 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

不同流場(chǎng)下的粒子運(yùn)動(dòng)和受力示意圖

一個(gè)旋轉(zhuǎn)力矩和一個(gè)合力，其中，旋轉(zhuǎn)力矩使團(tuán)聚體產(chǎn)生自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，無法實(shí)現(xiàn)對(duì)填料的破碎而徒增能量消耗；如圖1-1（a）所示，拉伸流場(chǎng)下團(tuán)聚體的流動(dòng)方向與速度梯度方向平行，團(tuán)聚體在流場(chǎng)中所受應(yīng)力為拉伸/壓縮應(yīng)力，因而流場(chǎng)中大部分能量都能有效地作用于團(tuán)聚體的分散，不但利于填料在基體中分散、分布，還能在一定程度上促使填料有序排列。有研究[43,44]表明，在熔融共混過程中，當(dāng)形變速率一定時(shí)，拉伸流場(chǎng)對(duì)粒子的破碎效率是剪切流場(chǎng)的2倍。因此，拉伸流場(chǎng)強(qiáng)化或支配的熔融共混研究已然成為行業(yè)研究的熱點(diǎn)[45-48]。圖1-2APAM實(shí)物和工作原理圖Sundararaj[49]等人研制了一種正應(yīng)力支配的小型非對(duì)稱式聚合物混煉機(jī)（APAM），并利用該裝置和密煉機(jī)分別熔融共混制備了PS/PP復(fù)合材料，對(duì)比研究表明，經(jīng)該裝置混合后分散相PS在基體中分散得更加均勻，表現(xiàn)出遠(yuǎn)優(yōu)于密煉機(jī)的混合效果。圖1-2為該裝置的實(shí)物以及工作原理圖，從中可以看出其轉(zhuǎn)子采用非對(duì)稱結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)子與料筒內(nèi)壁的間隙沿著軸向不斷變化，當(dāng)進(jìn)行熔融混合時(shí)，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)使聚合物熔體產(chǎn)生連續(xù)的收斂-發(fā)散流動(dòng)從而形成體積拉伸形變作用。Muller[50]等人設(shè)計(jì)開發(fā)了一種拉伸流變混合裝置（RMX），RMX的結(jié)構(gòu)和工作原理如圖1-3所示，該裝置主要由左右兩個(gè)混合腔和連通它們的圓孔通道組成；圓孔通道進(jìn)出混合腔位置的橫截面積存在突變，因此當(dāng)左右兩活塞推動(dòng)物料在兩混合腔內(nèi)周期性往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，物料就會(huì)在截面突變處產(chǎn)生周期性的收斂/發(fā)散運(yùn)動(dòng)，形成拉伸流常利用該裝置在相同工藝條件下與密煉機(jī)進(jìn)行了PP/EPDM共混體系混煉對(duì)比實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表

第一章緒論7明，經(jīng)RMX混煉后，EPDM分散相更均勻地分布于PP基體中，共混物的綜合性能更優(yōu)越。圖1-3RMX結(jié)構(gòu)以及工作原理圖Utracki[51]等人針對(duì)聚合物基納米復(fù)合材料設(shè)計(jì)開發(fā)了一種拉伸流場(chǎng)強(qiáng)度可調(diào)的混合裝置（EFM），其結(jié)構(gòu)如圖1-4所示，該裝置上端為進(jìn)料口，中部位置安裝了一個(gè)旋轉(zhuǎn)芯棒，芯棒上設(shè)有深淺不一的螺旋通道，芯棒轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)聚合物熔體通過螺旋通道產(chǎn)生收斂發(fā)散運(yùn)動(dòng)，將芯棒上下調(diào)節(jié)可改變拉伸流場(chǎng)強(qiáng)度。將該裝置與螺桿擠出機(jī)的口模相接，熔體從擠出機(jī)�？谶M(jìn)入裝置進(jìn)料口進(jìn)而經(jīng)歷局部拉伸流場(chǎng)，進(jìn)而提高納米粒子在基體中的分散效果，彌補(bǔ)螺桿擠出機(jī)混合效率不高的缺陷。Yakemoto[52]等人將EFM和螺桿擠出機(jī)配合使用制備了PA6/C15A、PP/C15A兩種共混體系，研究結(jié)果表明，經(jīng)過EFM混合后填料在基體中的分散效果更好，復(fù)合材料綜合性能更優(yōu)。說明拉伸流場(chǎng)的引入能進(jìn)一步改善納米粒子在基體中的分散分布狀態(tài)。圖1-4拉伸流場(chǎng)混合設(shè)備工作原理圖華南理工大學(xué)瞿金平團(tuán)隊(duì)極具創(chuàng)新地將拉伸流場(chǎng)應(yīng)用于聚合物熔融擠出，設(shè)計(jì)開發(fā)了葉片擠出機(jī)[53,54]，其工作原理如圖1-5所示。該裝置的塑化混合單元主要由定子，轉(zhuǎn)子和葉片組成，通過將定子和轉(zhuǎn)子偏心設(shè)置產(chǎn)生收斂發(fā)散流動(dòng)。黃利[55]通過葉片擠出機(jī)

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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碩士論文
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