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高分子材料制品的质量取决于材料的选择和加工性能,一些具有优异性能的聚合物由于可加工性的限制,发展缓慢。本文选择了具有一定代表性的难于加工的聚合物,采用SEM、FT-IR、GPC、XRD、转矩流变仪和高压毛细管流变仪等分析测试方法研究了mPE、UHMWPE、UHMWPE/HDPE和PVC等体系在碾磨力场作用下形态结构、加工流变行为和性能的变化及机理。研究结果表明:由于磨盘形力化学反应器的独特结构,碾磨产生的强大挤压、剪切和环向应力场作用能够有效改变聚合物的微观形貌和结构,利用应力诱导反应实现了难加工聚合物加工流变行为的改善和性能的提高,突破了传统加工改性方法的诸多限制和弊端,为聚合物的加工改性和高性能化开辟了一条操作简便、清洁、高效、无污染和易于工业化的新途径。1.碾磨可使mPE分子量下降,支化度提高,生成单斜晶系。经10次碾磨处理,mPE熔体流动指数从1.91 g/10min提高到3.28 g/10min(230℃,2.16kg)。碾磨可使mPE熔体表观粘度降低,熵弹性减小,粘流活化能增大,粘度对温度的敏感性提高,出现不稳定流动的临界剪切速率提高,熔融时间缩短,机器负荷降低,挤出物外观质量得到显著提高。碾磨处理在保持mPE优异的冲击性能同时,可提高制品的断裂强度、断裂伸长率和杨氏模量,使mPE的力学性能得到增强。经碾磨15次,UHMWPE熔体流动指数从0 g/10min提高到0.096g/10min(250℃,21.6kg),屈服强度和杨氏模量提高,断裂伸长率变化不大,断裂强度略有下降。2.HDPE的加入可使UHMWPE的加工流动性获得改善,经10次碾磨处理的UHMWPE/HDPE(70/30)共混体系熔体流动指数达到0.926g/10min,是未经碾磨样品的4倍,能够采用一般设备进行加工。碾磨可有效解决UHMWPE和HDPE共混时粘度不匹配的难题,改善共混体系的相态结构,力学性能得到全面提高,经10次碾磨处理UHMWPE/HDPE(70/30)的断裂强度、屈服强度、杨氏模量和断裂伸长率从未经碾磨处理试样的30.4MPa、24.16MPa、765.8MPa、505.8%分别提高到41.0MPa、25.4MPa、1163MPa、530.4%,亦全面高于未经碾磨处理的UHMWPE试样的36.9MPa、22.6MPa、491.9MPa、386.8%。3.碾磨处理可使PVC固有的多层次结构和微晶结构破坏,分子量下降。经过10次碾磨处理,PVC S1000粒径从160μm下降至3.3μm,塑化时间从132s降至33s,塑化速率和熔融效率提高,平衡扭矩从22.1Nm降至18.6Nm,挤出产物的表观质量提高、离模膨胀减小,加工性能得到明显改善。碾磨处理可使PVC制品塑化度提高,力学性能改善,经过10次碾磨处理PVC S1000屈服强度和杨氏模量分别从58.5 MPa、2.36 GPa提高到66.2 MPa、2.94 GPa。研究发现经碾磨处理的PVC不经过熔融塑化阶段即可获得较高的塑化度。4.PVC的冲击强度为4.6kJ/m2,PVC/SBS共碾磨可生成PVC-SBS共聚物,有效改善了PVC/SBS共混体系的相容性,经10次碾磨处理PVC/SBS(100/8)共混材料的冲击强度从22.4 kJ/m2提高到72.4 kJ/m2,增韧效果大幅提升,屈服强度、断裂伸长率和杨氏模量均得到一定程度改善。共碾磨可促进超细无机粒子在聚合物基体中均匀分散,避免粒子团聚现象发生,有利于力学性能的提高。经过10次碾磨处理的PVC/SBS/CaCO3(100/8/4)三元共混材料在大幅提高韧性的同时保持了良好的刚性,冲击强度66.3 kJ/m2、屈服强度56.7 MPa、断裂伸长率达到92.9%、杨氏模量2.39GPa,综合性能得到优化。5.利用激光瞬时高能量特点,首次实现了PVC的激光非晶化处理。经激光处理的PVC的红外光谱中与微晶有关吸收峰强度减弱或消失,粒子微观形貌和分子量及其分布变化不大,玻璃化温度降低,PVC塑化性能有一定改善。