原位氣泡拉伸法(ISBS)直接消泡工藝及裝備的研究.pdf

1、隨著納米復合材料的蓬勃發(fā)展，現(xiàn)在越來越多的科學研究都在朝這一方面發(fā)展，由于納米粒子表面能小、粒度小、處于熱力學非穩(wěn)定狀態(tài)，所以在生產(chǎn)制備、儲存以及使用的過程中很容易發(fā)生粒子團聚，也就失去了納米粒子所具有的功能，因此實現(xiàn)納米粒子的納米級尺度分散是聚合物基納米復合材料制備的瓶頸問題，為了解決納米團聚體的分散問題，人們嘗試采用振動場、超聲波等方法進行納米團聚體的分散；對具有層狀結(jié)構(gòu)的納米材料，如蒙托土，采用原位插層聚合法進行分散；已報導的方法

2、還有溶膠凝膠法、有機/無機納米復合膜法等，雖然這些方法均證明是行之有效的方法，但是每種方法都有其自己的局限性，如振動場和超聲場的施加方法比較困難，能量利用效率較低；原位插層聚合法僅適用于具有層狀結(jié)構(gòu)的納米材料等。
　　 針對納米粒子不易在聚合物中均勻分散的科技難題，吳大鳴教授提出了原位氣泡拉伸法來對納米復合材料中的納米粒子進行分散，實驗發(fā)現(xiàn)采用ISBS法進行分散后，無機納米粒子在基體樹脂中得到了較好的分散，但是由于發(fā)泡后在納米復

3、合材料中存有氣泡影響了材料的性能，所以必須對復合材料進行消泡處理，并防止消泡后無機納米顆粒發(fā)生再團聚現(xiàn)象，從而提高復合材料各方面的性能，目前主要有高速氣流粉碎法消泡、雙螺桿擠出機或單螺桿擠出機直接擠出消泡、注塑機進行注塑消泡這幾種消泡的方法。本課題主要研究雙階消泡法，即在單螺桿擠出機進行發(fā)泡后熔體不經(jīng)冷卻直接通過雙螺桿擠出機進行消泡處理，因為現(xiàn)在大部分塑料制品都是通過擠出來成型的，這樣通過雙階消泡法成功的話，就避免了因冷卻或再熔融造成的

4、能量損耗，同時也避免了消泡過程中的熱歷程對納米復合材料的各種性能的影響，同時減少了工藝步驟，簡化了生產(chǎn)工藝，提高了生產(chǎn)效率，為以后的工業(yè)化生產(chǎn)奠定了基礎。
　　 本論文在大量實驗的基礎上研究了雙階直接消泡法的工藝及所使用的設備，并且對直接消泡后已分散的納米粉體是否會發(fā)生再團聚進行了分析，以及通過電鏡照片和力學性能的測試進行分析，從而得出以下幾個結(jié)論：
　　 ⑴通過雙階直接消泡實驗，確定使用雙螺桿擠出機進行消泡是可行的，雙

5、螺桿機頭壓力約為25bar，螺桿轉(zhuǎn)速為180-200rpm，在此工藝條件下，擠出的制品較好，消泡效果也達到了實驗要求。
　　 ⑵使用Image-Pro Plus軟件，對電鏡照片進行分析和計算，從而可以通過電鏡照片定量分析ISBS法和ISBS雙階消泡法兩種方法制備的聚合物基納米復合材料中納米粉體的分散情況，通過實驗對比可以發(fā)現(xiàn)，證明雙階消泡法是可行的。對經(jīng)過ISBS方法制備的納米復合材料進行雙階消泡法處理和注塑成型加工過程后，復合

6、材料中的納米粒子分散的依然比較好，未產(chǎn)生明顯的重新團聚現(xiàn)象。
　　 ⑶經(jīng)過雙階消泡法處理和成型加工過程后，PP-R/nano-CaCO3復合材料的缺口沖擊強度隨著無機粒子添加量的增加有較大提高，當nano-CaCO3的含量為一定值時，復合材料的沖擊強度達到一個最大值，添加量再增加時沖擊強度下降，在本實驗中，達到20phr時，沖擊性能達到一個峰值。
　　 ⑷對于聚合物基納米復合材料，經(jīng)過雙階直接消泡和成型加工過程后，納米粉