论文部分内容阅读
掌握聚合物的流变性能和蠕变性能是进行合理加工成型和使用的基础,二者都取决于并反映材料的微观结构,研究组成-工艺-结构-性能关系是材料改性和制件制造及良好使用的前提。聚丙烯加入阻燃和抗静电剂成为复合材料的流变和蠕变行为复杂,本论文对其研究的内容和结果包括:(1)应用旋转流变仪、DSC和DMA研究了 PP/POE共混物及阻燃剂、炭黑填充PP/POE的动态流变和剪切诱导结晶行为。DSC、DMA温度扫描曲线呈现两个独立峰,流变Cole-Cole曲线出现拖尾,表明PP/POE是非相容二元体系;Maxwell模型拟合G’、G”曲线得到PP/POE的平台模量随POE含量增加按对数二次方混合规则提高,随温度升高线性降低;阻燃剂和炭黑填充提高了 PP/POE的粘度,浓度效应产生的“第二平台”及tanδ损耗峰表明炭黑形成“粒子网络”,流变与导电性能炭黑逾渗阈值均为3.5wt%;剪切会诱导并加快PP/POE结晶,填充成核可进而缩短结晶时间。(2)采用毛细管流变仪研究了阻燃抗静电聚丙烯在较高剪切速率下的流变性能,结合挤出样条照片.、挤出胀大比、粘弹性定量关系分析挤出不稳定现象。结果表明PP/POE (85/15)在高于430s-1挤出时样条出现畸变,填充阻燃剂和炭黑会改善样条外观,扩展加工窗口。随炭黑含量增加,样条畸变周期变长,幅值减小;分析其机理:挤出胀大比逐渐减小,“缠结”平台模量GN0增加,德博拉参数De减小,表明熔体熵弹性降低而流动时储存能量减小,挤出畸变减轻。采用Arrhenius方程拟合ln η～1/T关系,得到复合材料粘流活化能为19.7-27KJ/mol,表明粘度受温度影响较小。(3)通过旋转流变仪、动态热机械仪和裂纹扩展试验机分别研究了阻燃抗静电聚丙烯在熔体剪切,静态拉伸,以及存在初始裂纹时受正弦载荷的蠕变性能:在180℃和210℃受线性剪切应力,阻燃剂和炭黑吸附高分子链而提高PP/POE熔体的耐蠕变性能,蠕变柔量降低,回复率提高;在90℃受线性静态拉伸应力,粒子阻碍基体片晶滑移并且限制无定形区分子链运动,同样改善耐蠕变性能;在23℃受正弦载荷,△σ-0为14.3MPa时发生慢速裂纹扩展而表现为脆性失效,SEM显示无机粒子作为应力“空穴”降低了基体树脂的疲劳寿命,添加阻燃剂较添加炭黑失效周期在数量级上降低,表明填料粒径尺度是影响失效周期的主要因素。(4)对比研究了三种不同炭黑填充复合材料的流变及蠕变性能。BET测试表明捷克炭黑、乙炔炭黑、色素炭黑的粒径依次增加而比表面积依次降低;扫描电镜显示在同为5wt%含量下,其在树脂中的分布密度逐渐降低。与之对应,捷克炭黑复合材料流变G’、tanδ曲线受含量影响较大,具有更低的流变和导电逾渗点,同时在熔体剪切、静态拉伸以及大循环应力下耐蠕变性能更好。而在小循环应力下,色素炭黑在基体中的分布密度低,应力集中点和和“空穴”较少,复合材料的疲劳寿命最高。本文对阻燃剂和炭黑填充聚丙烯的流变和蠕变性能表征分析深化了填充聚合物粘弹性理论,为优化其加工工艺提供参考。