混料轉(zhuǎn)速及溫度對(duì)PP復(fù)合材料拉伸性能的影響

眾所周知,塑料制品的應(yīng)用領(lǐng)域及其性能需求逐漸提升,原料的物理改性方法在性能升級(jí)改造方面扮演重要角色,而物理改性過(guò)程中的前期混合均勻程度直接關(guān)系到熔融過(guò)程中分散相的分布均勻性和團(tuán)聚尺寸,對(duì)不同組元間的界面相容效果有重要影響。然而,當(dāng)前的固態(tài)物料混合方式不可避免地存在慣性隔離區(qū),如圖1所示。隔離區(qū)中物料在摻混時(shí)異于槳葉覆蓋區(qū),即發(fā)生小的相對(duì)位移,混合物容易形成較大尺寸的球晶,導(dǎo)致制件性能分布差異大、拉伸性能不良。而目前針對(duì)摻混設(shè)備運(yùn)行指標(biāo)對(duì)材料性能的影響研究鮮有報(bào)道,本文重點(diǎn)針對(duì)SHR15-A型高速混合機(jī)(石家莊浩塑機(jī)械廠),研究其混料轉(zhuǎn)速與混料溫度對(duì)被被混合材料拉伸性能的影響。

圖1慣性隔離區(qū)示意圖

1實(shí)驗(yàn)部分

1.1實(shí)驗(yàn)設(shè)備及原料

實(shí)驗(yàn)所用主要原材料如表1所示

表1實(shí)驗(yàn)所用主要原材料

名稱 規(guī)格 型號(hào)及廠家

粒徑(估值) 比表面積m2/g 型號(hào) 廠家

PP 3mm / T300 上海石化

CaCO3 37μm / HX-400 建德和諧重鈣廠

SiO2 7nm 580 TG96 日本FREE

1.2樣條制備與拉伸性能測(cè)試

CaCO3/PP、SiO2/PP分別以3000/20、3000/8的比例加入高速混料機(jī),首先固定攪拌溫度為30℃,依次改變攪拌機(jī)的轉(zhuǎn)速為120rad/min、180rad/min、300rad/min、390rad/min、480rad/min、570rad/min。然后固定轉(zhuǎn)速為480rad/min,并改變攪拌機(jī)的溫度為30℃、40℃、50℃、60℃?；旌虾笪锪显赟JSH平行同向雙螺桿擠出機(jī)(石家莊浩塑機(jī)械廠)上熔融切粒,烘干后利用XS-1780D注塑成型機(jī)(深圳德立天科技有限公司)成型標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試樣條。擠出機(jī)各段溫度分別設(shè)為120℃、160℃、170℃、180℃、190℃、200℃、220℃,機(jī)頭溫度設(shè)為200℃。注塑機(jī)溫度為200℃、220℃、250℃、250℃、250℃、240℃。

拉伸性能利用德瑞DR-6000A伺服萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)(揚(yáng)州德瑞儀器設(shè)備有限公司)進(jìn)行測(cè)試,測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)采用國(guó)標(biāo)GB/T1039-92。

2結(jié)果與分析

2.1物料的混合轉(zhuǎn)速對(duì)拉伸性能的影響

圖2為不同轉(zhuǎn)速下混合材料的拉伸性能。由圖可見(jiàn),CaCO3/PP復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度隨轉(zhuǎn)速的增加而降低,而SiO2/PP復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度隨轉(zhuǎn)速增加而升高。同時(shí),二者在轉(zhuǎn)速較低時(shí)拉伸強(qiáng)度均表現(xiàn)出較大變化,而當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到390rad/min后,轉(zhuǎn)速對(duì)拉伸強(qiáng)度的影響均變得不明顯,強(qiáng)度變化趨勢(shì)逐漸減弱。

產(chǎn)生上述現(xiàn)象的原因可能是因?yàn)镃aCO3粉末作為微米級(jí)物料,進(jìn)行混合時(shí)在葉片周圍出現(xiàn)了慣性隔離區(qū),處于隔離區(qū)的物料會(huì)產(chǎn)生相對(duì)小的相對(duì)位移。而隨著轉(zhuǎn)速的提高,不同區(qū)域物料位移量差異性增加,導(dǎo)致物料混合不均勻的趨勢(shì)擴(kuò)大。而當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到一定值后,高的轉(zhuǎn)速對(duì)物料的混合能力增強(qiáng),一定程度上彌補(bǔ)了隔離區(qū)的影響,拉伸強(qiáng)度降低的整體趨勢(shì)減弱。然而,CaCO3粉末為納米級(jí)物料,其顆粒度較小,在混合過(guò)程中易發(fā)生團(tuán)聚,雖然也會(huì)出現(xiàn)慣性隔離區(qū)現(xiàn)象,但隨著轉(zhuǎn)速的提高,對(duì)團(tuán)聚的破壞作用逐漸增強(qiáng),反而使SiO2粉末分布更加均勻,導(dǎo)致拉伸強(qiáng)度隨轉(zhuǎn)速的提高逐漸上升。

圖2轉(zhuǎn)速對(duì)CaCO3/PP和SiO2/PP復(fù)合材料拉伸性能的影響

2.2混料機(jī)的加熱溫度對(duì)拉伸性能的影響

圖3分別為轉(zhuǎn)速固定為480rad/min時(shí)不同混料加熱溫度對(duì)材料拉伸強(qiáng)度的影響。由圖可知,CaCO3/PP復(fù)合材料和SiO2/PP復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度均隨混料加熱溫度的升高而提高,但變化幅度均不明顯?？梢?jiàn)加熱溫度對(duì)復(fù)合材料的拉伸性能影響較小。

圖3加熱溫度對(duì)CaCO3/PP和SiO2/PP復(fù)合材料拉伸性能的影響

3結(jié)語(yǔ)

(1)混料轉(zhuǎn)速對(duì)被混合材料的拉伸性能影響相對(duì)較大,但由于慣性隔離區(qū)與粒子團(tuán)聚程度的共同作用其影響效果不同,如CaCO3/PP復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度隨混料轉(zhuǎn)速的增加而降低,而SiO2/PP復(fù)合材料的拉伸性能則隨混料轉(zhuǎn)速的增加而升高。

(2)在混料轉(zhuǎn)速較低的范圍內(nèi),被混合材料的拉伸變化相對(duì)較大。當(dāng)混料轉(zhuǎn)速達(dá)到一定值后,由于對(duì)物料攪拌能力的提高,拉伸性能變化趨勢(shì)減弱。

(3)混料溫度對(duì)被混合材料的拉伸性能影響不明顯。

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