本文關鍵詞：振動剪切作用下聚合物及其復合材料的成型與性能研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：聚合物成型是聚合物科學中一門重要的學科。如何通過成型方法控制聚合物的內部結構與形態(tài),提高聚合物的性能是廣大研究人員共同追求的目標。在常規(guī)的聚合物成型技術上,通過引入振動剪切,可以改變聚合物的內部形態(tài),改善制品的結晶性能和力學性能。目前,剪切控制取向注射成型技術和動態(tài)保壓注射成型技術是兩種較為受關注的振動輔助注射成型技術,經過多年的研究累積,已形成了系統(tǒng)性的研究成果。然而,這兩種成型方式中的振動剪切加工參數(shù)基本屬于低頻振動(頻率為0.3Hz左右),這對研究振動剪切對聚合物的成型與性能有較大的限制。此外,所研究的材料性能集中于材料的結晶性能與力學性能,對材料的其他功能性方面(如阻隔性能、導電性能等)的報道比較少。本文搭建了一套多通道成型設備,研究不同頻率和振幅的振動剪切對聚合物的結晶性能與力學性能的影響以及在振動剪切作用下納米顆粒的取向與分散對聚合物的阻隔性能和導電性能的影響。研究內容和研究結果如下：1.研究了不同頻率(0-2.5Hz)和振幅(0-20mm)的振動剪切作用對線性低密度聚乙烯(LLDPE)的力學性能和結晶形貌的影響。在低頻率低振幅(0.2Hz/4mm)的振動剪切作用下,LLDPE的結晶較為完善,楊氏模量和拉伸強度分別提高了5%和9%。隨著頻率或者振幅的增加,LLDPE的力學性能進一步提升。當振動剪切頻率增加至2.5Hz而振幅仍為4mm時,LLDPE的楊氏模量和拉伸強度分別提高了27%和20%；當振動剪切的振幅增加至20mm而頻率仍為0.2Hz時,LLDPE的楊氏模量和拉伸強度分別提升了49%和47%。差熱分析(DSC)和掃描電子顯微鏡(SEM)表征發(fā)現(xiàn)：在振動剪切作用下,LLDPE的結晶過程更加的完善；高頻率小振幅的振動剪切引導LLDPE的結晶度有一定的提升；而低頻率大振幅的振動剪切迫使LLDPE分子鏈沿著流動方向取向并形成串晶結構。2.提出了一種新型的振動剪切形式——疊加振動剪切,并研究了普通振動剪切與疊加振動剪切對LLDPE力學性能和結晶性能的影響。相比普通振動剪切作用下的LLDPE,疊加振動剪切作用下的LLDPE具有更加完善的結晶過程,結晶度提高至43.5%,同時,拉伸強度和楊氏模量分別提高了11%和12.6%,這主要是因為疊加振動剪切中存在變化的剪切速率,迫使LLDPE分子鏈不斷受到小幅度的擠壓-拉伸作用,形成更加完善的晶體結構,從而提高LLDPE的結晶度和力學性能,從而使LLDPE表現(xiàn)出更好的自增強。3.研究了振動剪切作用下5 wt%含量蒙脫土(OMMT)改性聚乳酸(PLA)復合材料的阻隔性能和結晶性能。在振動剪切作用下,OMMT在PLA基體中形成更好的插層結構并沿著剪切方向取向,一些OMMT片層被PLA分子鏈剝離成單片或者幾片形狀。更好分散和取向排列的OMMT分子在PLA結晶過程中起到異相成核以及加速結晶作用,從而觀察到冷結晶焓大幅下降,冷結晶溫度接近熔融溫度以及PLA結晶度大幅度提高。對PLA/OMMT的阻隔性能研究發(fā)現(xiàn),經過振動剪切作用,復合材料的阻隔性能提升了36%,這主要是因為取向排列并有更好分散效果的OMMT和較高的結晶度增加了PLA基體中水蒸氣分子的透過路徑。4.研究了振動剪切作用下0-2.1 vo1%含量的科琴黑(KB)填充的PLA/KB復合材料的各向導電異性。在振動剪切作用下,KB顆粒鏈在PLA基體中沿著流動方向取向排列,并形成取向的導電網絡。平行于振動剪切方向的滲流閾值遠低于垂直于振動剪切方向上的滲流閾值。當KB的含量在0.88 vo1%與1.58vo1%之間時,PLA/KB試樣在沿著流動方向上的電阻率降低至～3×104Ω·m,而在垂直于流動方向上的電阻率仍為～1×1010Q·m,形成強烈的各向導電異性。兩個方向上電阻率的比值高達106,比已報道的CNTs改性的聚合物材料的各向導電異性程度高出3-4個數(shù)量級。
【關鍵詞】：振動剪切 成型加工 線性低密度聚乙烯 聚乳酸 蒙脫土 科琴黑 取向
【學位授予單位】：浙江大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TQ317;TB33
【目錄】：

• 致謝5-6
• 摘要6-8
• Abstract8-17
• 縮寫表和符號表17-19
• 1 緒論19-42
• 1.1 前言19
• 1.2 聚合物熔體及其成型技術19-27
• 1.2.1 聚合物熔體流動特性19-21
• 1.2.2 影響聚合物流動特性因素21-22
• 1.2.3 聚合物熔體粘度數(shù)學模型22-24
• 1.2.4 聚合物成型技術24-27
• 1.3 振動剪切引導聚合物成型技術研究27-39
• 1.3.1 振動擠出成型27-29
• 1.3.2 低頻振動注射成型29-33
• 1.3.3 剪切控制取向注塑成型33-35
• 1.3.4 動態(tài)保壓注射成型35-38
• 1.3.5 電磁動態(tài)擠出成型38-39
• 1.4 課題的提出及主要研究內容39-42
• 1.4.1 課題的提出39-40
• 1.4.2 主要研究內容40-42
• 2 多通道成型設備42-48
• 2.1 多通道成型設備的結構42-43
• 2.2 多通道成型設備的振動系統(tǒng)43-44
• 2.2.1 振動系統(tǒng)機械部分43
• 2.2.2 振動系統(tǒng)控制部分43-44
• 2.3 多通道成型設備的模具系統(tǒng)44-47
• 2.3.1 模具的加熱與溫度控制系統(tǒng)45-46
• 2.3.2 模具冷卻系統(tǒng)46
• 2.3.3 試樣的制備46-47
• 2.4 本章小結47-48
• 3 振動剪切作用下線性低密度聚乙烯的結晶性能和力學性能48-57
• 3.1 前言48
• 3.2 實驗部分48-50
• 3.2.1 實驗材料48-49
• 3.2.2 實驗設備49
• 3.2.3 試樣制備49
• 3.2.4 試樣表征49-50
• 3.3 結果與討論50-55
• 3.3.1 力學性能分析50-52
• 3.3.2 DSC52-53
• 3.3.3 SEM53-55
• 3.4 本章小結55-57
• 4 疊加振動場下線性低密度聚乙烯的結晶性能與力學性能57-64
• 4.1 前言57
• 4.2 疊加振動場57-59
• 4.3 實驗部分59-60
• 4.3.1 實驗材料59
• 4.3.2 實驗設備59
• 4.3.3 試樣制備59
• 4.3.4 試樣表征59-60
• 4.4 結果與討論60-63
• 4.4.1 DSC60-61
• 4.4.2 WAXD61-62
• 4.4.3 力學性能分析62-63
• 4.5 本章小結63-64
• 5 振動剪切作用下聚乳酸/蒙脫土復合材料的結晶性能和阻隔性能64-76
• 5.1 前言64-66
• 5.2 實驗部分66-67
• 5.2.1 實驗材料66
• 5.2.2 實驗設備66
• 5.2.3 試樣制備66-67
• 5.2.4 試樣表征67
• 5.3 結果與討論67-75
• 5.3.1 OMMT分散67-70
• 5.3.2 PLA結晶行為70-73
• 5.3.3 阻隔性能73-74
• 5.3.4 力學性能分析74-75
• 5.4 本章小結75-76
• 6 振動剪切作用下聚乳酸/科琴黑復合材料的各向導電異性76-83
• 6.1 前言76-77
• 6.2 實驗部分77-78
• 6.2.1 實驗材料77
• 6.2.2 實驗設備77
• 6.2.3 試樣制備77
• 6.2.4 試樣表征77-78
• 6.3 結果與討論78-82
• 6.3.1 PLA/KB復合材料的導電各向異性78-79
• 6.3.2 取向的導電網絡79-82
• 6.4 本章小結82-83
• 7 總結與展望83-87
• 7.1 總結83-84
• 7.2 展望84-87
• 參考文獻87-99
• 攻讀博士學位期間主要研究成果99

【參考文獻】

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  本文關鍵詞：振動剪切作用下聚合物及其復合材料的成型與性能研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：452334