三螺桿直接擠出原位成纖機(jī)理及微纖復(fù)合體系結(jié)構(gòu)與性能的研究.pdf

1、原位成纖作為一種制備高性能化復(fù)合材料的加工方法而受到越來(lái)越廣泛的關(guān)注。聚合物纖維具有靈活性與柔韌性，容易在基體聚合物中產(chǎn)生物理纏結(jié)形成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。這種纏結(jié)的纖維狀網(wǎng)絡(luò)能極大地增強(qiáng)微纖復(fù)合材料的結(jié)晶動(dòng)力學(xué)，機(jī)械性能和流變性能。目前的原位微纖共混物主要有兩種制備方法，分別是“熔融擠出-熱拉伸-淬冷”和“熔融擠出-固相拉伸-退火”。不可避免的，兩種方法都涉及多個(gè)階段和工序，而且纖維形態(tài)不能準(zhǔn)確控制，難以實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。倒三角排形三螺桿擠出機(jī)

2、(TTSE)是一種新型的聚合物加工設(shè)備，具有特殊的剪切-拉伸流場(chǎng)，以及較高的生產(chǎn)率。本文基于TTSE的特殊剪切-拉伸交變流場(chǎng)，提出一種直接擠出原位成纖方法，并系統(tǒng)研究了螺桿組合，擠出工藝，成纖相種類及含量對(duì)微纖結(jié)構(gòu)的影響，探討了成纖機(jī)理及微纖結(jié)構(gòu)對(duì)復(fù)合體系性能的影響。具體研究?jī)?nèi)容及結(jié)果如下:
　　1、研究了TTSE的螺桿組合對(duì)成纖形態(tài)的影響，并對(duì)比了雙螺桿的成纖效果。研究發(fā)現(xiàn)，隨著螺桿剪切作用增強(qiáng)，分散相的成纖性明顯減弱，1＃螺桿

3、組合更利于分散相成纖。雙螺桿直接擠出制備的微纖形貌明顯劣于TTSE制備的纖維。因而TTSE更適合采用直接擠出法制備微纖共混物。
　　2、采用響應(yīng)曲面設(shè)計(jì)和正交試驗(yàn)方法，研究分散相含量和加工工藝對(duì)微纖形態(tài)的影響規(guī)律。得出可用于調(diào)控和預(yù)測(cè)微纖形態(tài)的傳遞函數(shù)，并分析發(fā)現(xiàn)分散相含量和溫度顯著影響纖維形貌，其次是螺桿轉(zhuǎn)速和喂料量。對(duì)于聚丙烯/尼龍66(PP/PA66)共混物，實(shí)驗(yàn)范圍內(nèi)獲得微纖最優(yōu)長(zhǎng)徑比為220，而聚丙烯/聚對(duì)苯二甲酸丁二醇

4、酯(PP/PBT)體系獲得最大長(zhǎng)徑比為954。
　　3、采用沿程取樣觀察分散相形態(tài)發(fā)展的方法探究TTSE直接擠出法制備原位微纖復(fù)合材料(MFCs)的成纖機(jī)理。結(jié)果顯示PBT的成纖主要依靠流場(chǎng)下單個(gè)粒子的變形和碰撞粘接，PA66成纖過(guò)程中出現(xiàn)了部分片狀結(jié)構(gòu)，最終片狀撕裂形成纖維。此外，研究發(fā)現(xiàn)原位微纖的彈性模量和彎曲變形對(duì)復(fù)合材料熔體彈性有較大貢獻(xiàn)，長(zhǎng)徑比小而彈性模量較高的PA66纖維復(fù)合體系表現(xiàn)出更優(yōu)的熔體彈性。
　　4、系

5、統(tǒng)地研究了PA66纖維形貌對(duì)基體的動(dòng)態(tài)流變行為、應(yīng)變硬化行為、機(jī)械和熱性能的影響。并根據(jù)Winter-Chambon準(zhǔn)則分析了不同長(zhǎng)徑比纖維下PP/PA66共混物的微纖纏結(jié)網(wǎng)絡(luò)臨界濃度。結(jié)果表明，共混物的儲(chǔ)能模量、復(fù)數(shù)粘度和Cole-Cole圓半徑隨纖維長(zhǎng)徑比的增加而提高。同時(shí)，損耗正切tanδ值減小，PP/PA66MFCs表現(xiàn)出類固體或凝膠狀行為，微纖纏結(jié)網(wǎng)絡(luò)臨界濃度隨著纖維長(zhǎng)徑比的增加而降低。此外，提高PA66微纖長(zhǎng)徑比能顯著改善P