聚苯乙烯在強(qiáng)剪切力化學(xué)反應(yīng)裝置中斷鏈效果的研究.pdf

1、力化學(xué)反應(yīng)熔融接枝法利用機(jī)械應(yīng)力使長分子鏈發(fā)生斷鏈產(chǎn)生自由基并與極性基團(tuán)發(fā)生接枝，從而為生產(chǎn)使金屬與塑料發(fā)生粘連的熱熔膠產(chǎn)品制備母料。本文結(jié)合螺桿式強(qiáng)剪切力化學(xué)反應(yīng)器的強(qiáng)剪切效果與磨盤式力化學(xué)反應(yīng)器的設(shè)計原理，研發(fā)了一種強(qiáng)剪切力化學(xué)反應(yīng)裝置（授權(quán)專利號：ZL201520406380.9）。以高分子熔融機(jī)理與中點(diǎn)斷裂理論為理論基礎(chǔ)，運(yùn)用POLYFLOW仿真分析強(qiáng)剪切力化學(xué)反應(yīng)裝置的螺桿與料筒結(jié)構(gòu)的變化對其流場內(nèi)的熔融態(tài)聚合物運(yùn)動軌跡及其在

2、該軌跡上所受剪切應(yīng)力的影響，以此為依據(jù)得出強(qiáng)剪切力化學(xué)反應(yīng)裝置核心部件螺桿與料筒結(jié)構(gòu)最優(yōu)結(jié)構(gòu)為：螺桿螺棱寬度為6mm，螺棱斷面底角為45°，料筒槽深為1mm。
　　為了預(yù)測聚合物經(jīng)該強(qiáng)剪切力力化學(xué)反應(yīng)裝置后的產(chǎn)物以及聚合物在強(qiáng)剪切力場作用下的斷鏈過程。本文結(jié)合中點(diǎn)斷裂理論與擠出理論將力化學(xué)反應(yīng)裝置流場分為輸送區(qū)、拉伸區(qū)、強(qiáng)剪切區(qū)與混合剪切區(qū)四個區(qū)域。通過POLYFLOW軟件與Materials studio軟件分別進(jìn)行有限元仿真與

3、分子動力學(xué)仿真，得出給定分子量聚合物經(jīng)剪切斷裂后數(shù)均分子量計算方法，并通過此方法研究溫度與轉(zhuǎn)速對斷裂過程的影響，預(yù)測聚合物斷裂后分子量分布，為強(qiáng)剪切力化學(xué)反應(yīng)裝置的實驗結(jié)果及生產(chǎn)工藝提供理論指導(dǎo)。
　　根據(jù)最優(yōu)方案制造樣機(jī)。以溫度為變量，強(qiáng)剪切力化學(xué)反應(yīng)裝置強(qiáng)剪切段轉(zhuǎn)速調(diào)為50r/min,分別對聚苯乙烯（PS）GPPS152P在180℃、210℃、230℃、260℃下進(jìn)行剪切實驗，使用熔體流動速率儀測得經(jīng)轉(zhuǎn)速50r/min剪切溫度

4、230℃剪切力場剪切后的GPPS152P樣本的熔體流動速（MFR）增大26.7％。根據(jù)本文結(jié)合Hagen-poiseuille定律與Fox-Flory理論提出的MFR-分子量換算方法計算得出該樣本分子量減小了7%，說明該力化學(xué)反應(yīng)裝置對PS有較好的剪切效果。以轉(zhuǎn)速為變量，強(qiáng)剪切段溫度設(shè)為230℃，根據(jù)上述方法測試PS152P經(jīng)過不同強(qiáng)剪切速度場后的分子量分布變化，得出轉(zhuǎn)速升高有利于獲得窄分子量分布的產(chǎn)品。
　　選取GPPS152P

5、原材料，根據(jù)MFR-分子量換算方法選取剪切溫度為180℃轉(zhuǎn)速50r/min，230℃下20r/min、80r/min的樣本進(jìn)行GPC測試，結(jié)合各溫度與轉(zhuǎn)速剪切后樣本融指數(shù)變化得出剪切速度提高有利于剪切后樣本重均分子量減小，分子量分布變窄；同時剪切溫度降低，會使斷鏈效果明顯。數(shù)均分子量變小，導(dǎo)致分布變寬。通過測試剪切溫度180℃、轉(zhuǎn)速100r/min下經(jīng)過4次剪切樣本的分子量，得出經(jīng)剪切后樣本分子量降低了13%。
　　本課題所設(shè)計的