【摘要】：水輔助注射成型技術,簡稱水輔注射(WAIM),是在常規(guī)注射(CIM)和氣體輔助注射基礎上發(fā)展而來的一種成型中空制品的新型注塑工藝技術。其主要成型特點是先注入部分或全部聚合物熔體與型腔中,隨后向熔體內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)等表征手段詳細研究了水輔注射制品的結晶形態(tài)和其層次結構及其演化機理。本論文主要研究內容和結論如下:1)通過水輔注射成型技術制備了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,研究了其層次結構、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晶能力的影響。根據水輔注射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區(qū)域:皮層、中芯層和水道層。結果表明:在皮層,有典型的shish kebab結構形成,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,主要是由隨機分布的片晶結構組成的球晶;而在水道層則有明顯的shish-like結構和低取向度的片晶組成。以上結果與DSC實驗結果相一致。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)注射制品呈現一直增加趨勢。此外,實驗發(fā)現不同的熔體注射溫度下表層與水道層的結晶度仍然低于中芯層的結晶度;但是皮層的結晶度隨熔體溫度的增加略有升高,水道層的結晶度反而出現明顯的降低。這是因為:在熔體溫度為205°C時,皮層的冷卻速率大于水道層;在235°C時,皮層小于水道層;在215°C和225°C時,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系。通過對比不同分子量的水輔注射制品發(fā)現,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,而且這種現狀在水道層更加明顯。這一結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。實驗結果表明水輔注射過程中的流動歷史比實驗室條件下更加復雜。3)基于在HDPE 2911和LLDPE 7042中存在環(huán)帶球晶的現象,我們研究了其水輔注射制品的結晶形態(tài)。研究發(fā)現,在水輔注射HDPE制品的皮層和水道層發(fā)現具有扭曲kebab結構shish kebab結構,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結構,而在常規(guī)制品皮層卻存在具有扭曲kebab結構的shish kebab結構。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為:具有扭曲kebab結構的shish kebab結構,正常shish kebab結構和環(huán)帶球晶。實驗結果進一步支持kebab在結晶后期生長成扭曲片晶的觀點。以上研究結果表明,環(huán)帶球晶中片晶的扭曲發(fā)生在結晶前期,而具有扭曲kebab結構的shish kebab結構中的片晶扭曲發(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現。我們通過不斷變化工藝參數,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,高分子量水輔注射制品呈現出三明治-竹子型結構,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shish kebab結構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。在遠離皮層1000μm處,仍有高取向的shish kebab結構出現,其中取向度大于0.4的占總厚度60%以上。這一研究結果為在實際加工中通過控制結構來制備綜合性能的聚合物制品提供了實驗指導�？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構形成的兩個重要因素。它們明顯影響水輔注射制品厚度方向上形態(tài)結構的形成。
【學位授予單位】：鄭州大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TQ325.12

【引證文獻】

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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年全國高分子學術論文報告會論文摘要集[C];2011年

本文編號：2781174