【摘要】：水輔助注射成型技術(shù),簡稱水輔注射(WAIM),是在常規(guī)注射(CIM)和氣體輔助注射基礎(chǔ)上發(fā)展而來的一種成型中空制品的新型注塑工藝技術(shù)。其主要成型特點(diǎn)是先注入部分或全部聚合物熔體與型腔中,隨后向熔體內(nèi)部注入高壓水來輔助型腔充填與保壓。本文采用高密度聚乙烯(HDPE)為研究對象,利用自組裝的水輔注射設(shè)備成功制備了水輔注射制品。綜合利用差示掃描量熱測試(DSC)、二維小角X射線散射(2D SAXS)、二維廣角X射線衍射(2D WAXD)等表征手段詳細(xì)研究了水輔注射制品的結(jié)晶形態(tài)和其層次結(jié)構(gòu)及其演化機(jī)理。本論文主要研究內(nèi)容和結(jié)論如下:1)通過水輔注射成型技術(shù)制備了HDPE制品以及不同熔體注射溫度下的HDPE制品,并通過與常規(guī)注射制品的對比,研究了其層次結(jié)構(gòu)、片晶取向、長周期和不同熔體注射溫度對水輔注射制品各層結(jié)晶能力的影響。根據(jù)水輔注射HDPE制品取向程度的不同,可以將其沿壁厚方向分為明顯不同的三個(gè)區(qū)域:皮層、中芯層和水道層。結(jié)果表明:在皮層,有典型的shish kebab結(jié)構(gòu)形成,并且取向度隨著距離制品外表面距離的增加而發(fā)生變化;在中芯層,主要是由隨機(jī)分布的片晶結(jié)構(gòu)組成的球晶;而在水道層則有明顯的shish-like結(jié)構(gòu)和低取向度的片晶組成。以上結(jié)果與DSC實(shí)驗(yàn)結(jié)果相一致。另外,水輔注射制品的長周期從皮層到水道層先增加后減小,而常規(guī)注射制品呈現(xiàn)一直增加趨勢。此外,實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)不同的熔體注射溫度下表層與水道層的結(jié)晶度仍然低于中芯層的結(jié)晶度;但是皮層的結(jié)晶度隨熔體溫度的增加略有升高,水道層的結(jié)晶度反而出現(xiàn)明顯的降低。這是因?yàn)?在熔體溫度為205°C時(shí),皮層的冷卻速率大于水道層;在235°C時(shí),皮層小于水道層;在215°C和225°C時(shí),皮層和水道層的冷卻速率基本相等。制品各層取向行為差異的主要原因,歸因于制品成型過程中熔體填充和水穿透階段所帶來的剪切場和溫度場的變化。2)水輔注射成型了不同分子量的HDPE制品,研究了制品取向與分子量的關(guān)系。通過對比不同分子量的水輔注射制品發(fā)現(xiàn),低分子量水輔注射制品中片晶和分子鏈取向比高分子的制品高,而且這種現(xiàn)狀在水道層更加明顯。這一結(jié)果與高分子量聚合物在流動場中更容易形成高的取向相悖。這種反常的現(xiàn)象可以解釋為:在相同的加工條件下,由于高分子量聚合物具有高的粘度,因此低的剪切力作用用聚合物,所以相對低的取向獲得。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明水輔注射過程中的流動歷史比實(shí)驗(yàn)室條件下更加復(fù)雜。3)基于在HDPE 2911和LLDPE 7042中存在環(huán)帶球晶的現(xiàn)象,我們研究了其水輔注射制品的結(jié)晶形態(tài)。研究發(fā)現(xiàn),在水輔注射HDPE制品的皮層和水道層發(fā)現(xiàn)具有扭曲kebab結(jié)構(gòu)shish kebab結(jié)構(gòu),而芯層主要是環(huán)帶球晶;在水輔注射LLDPE制品的皮層,存在正常shish kebab結(jié)構(gòu),而在常規(guī)制品皮層卻存在具有扭曲kebab結(jié)構(gòu)的shish kebab結(jié)構(gòu)。另外,不管是水輔注射還是常規(guī)注射制品,其晶體形態(tài)隨著剪切力場的逐漸減小從皮層到中芯層依次呈現(xiàn)為:具有扭曲kebab結(jié)構(gòu)的shish kebab結(jié)構(gòu),正常shish kebab結(jié)構(gòu)和環(huán)帶球晶。實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)一步支持kebab在結(jié)晶后期生長成扭曲片晶的觀點(diǎn)。以上研究結(jié)果表明,環(huán)帶球晶中片晶的扭曲發(fā)生在結(jié)晶前期,而具有扭曲kebab結(jié)構(gòu)的shish kebab結(jié)構(gòu)中的片晶扭曲發(fā)生在后期。4)由于水的引入,水輔注射成型高分子量聚合物難以實(shí)現(xiàn)。我們通過不斷變化工藝參數(shù),制備了具有相對高分子量的水輔注射HDPE制品,并研究了其取向行為。研究發(fā)現(xiàn),高分子量水輔注射制品呈現(xiàn)出三明治-竹子型結(jié)構(gòu),即高取向的皮層和水道層以及中間的中芯層。更有趣的是,發(fā)現(xiàn)shish kebab結(jié)構(gòu)在高分子量水輔注射制品中沿厚度分布比其它低分子量水輔注射制品和任何常規(guī)注射制品更廣。在遠(yuǎn)離皮層1000μm處,仍有高取向的shish kebab結(jié)構(gòu)出現(xiàn),其中取向度大于0.4的占總厚度60%以上。這一研究結(jié)果為在實(shí)際加工中通過控制結(jié)構(gòu)來制備綜合性能的聚合物制品提供了實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)�？傊�,在水輔注射成型過程中,水穿透帶來的快速冷卻和剪切是取向結(jié)構(gòu)形成的兩個(gè)重要因素。它們明顯影響水輔注射制品厚度方向上形態(tài)結(jié)構(gòu)的形成。
【學(xué)位授予單位】：鄭州大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TQ325.12

【引證文獻(xiàn)】

相關(guān)會議論文 前1條

1 汪斌;黃漢雄;;水輔助注塑PP/SAN原位微纖化共混物制品的相形態(tài)[A];2011年全國高分子學(xué)術(shù)論文報(bào)告會論文摘要集[C];2011年

本文編號：2781174