超声作用对聚苯乙烯和聚丙烯以及聚丙烯共混填充体系结构与性能影响的研究.doc

超声作用对聚苯乙烯和聚丙烯以及聚丙烯共混填充体系结构与性能影响的研究采用超声-挤出装置对非晶聚合物PS、结晶聚合物PP的挤出加工性能、结构及物理性能进行了深入的研究,讨论了超声波对聚合物熔体粘弹行为的影响。在对PS和PP熔体进行流变分析和采用正电子湮灭、红外二向色性、GPC及热分析等方法对其凝聚态分子结构进行表征的基础上提出了超声辐照对聚合物熔体的降粘机理。研究了PP共混、填充体系在超声辐照下的挤出加工性能,采用形貌分析、图像扫描、动态流变及动态力学等分析测试方法研究了超声辐照下聚丙烯共混、填充体系形态结构的演变和响应,以及结构与物理性能的关系。超声辐照显著降低了聚苯乙烯、聚丙烯在挤出加工过程中的表观粘度和挤出压力,提高了挤出产量,推迟了熔体挤出过程中不稳流动的发生,降低了挤出物的离模膨胀比。超声辐照同样能够降低聚丙烯填充、共混体系的挤出表观粘度,解决了因混入高粘组分或填料而导致的加工流动困难的问题。在口模入口处叠加超声振动,扰乱、改变了聚合物熔体的入口收敛流动,减小了因分子取向而引起的弹性损耗;微观上超声波又对聚合物熔体的粘弹性产生影响,使熔体在流动过程中的弹性形变减小,松弛时间变短,粘滞阻力降低,导致口模压力在超声作用下大幅度降低,表观粘度因此降低。超声辐照使PS熔体的粘度对剪切速率的敏感性降低。熔体粘度随超声功率的增大以指数方式降低。超声振动场与剪切应力场都能促使分子链缠结网络解缠结,从而使聚合物熔体流动性增加。二者协同作用,并具有等效性。超声振动使PS的自由体积增大,熔体内部结构更加松散,分子链之间相互缠结作用减弱,分子链更加自由。随超声辐照功率的增大,PP的平均分子量度降低,分子量分布呈现出变窄的趋势。红外二向色性分析显示超声辐照使PP分子链在流动方向的取向程度减小,结晶度降低。<WP=7>超声辐照对聚合物熔体的作用机理:(1)宏观上,纵向振动场叠加于同向剪切流动场,促进熔体更加积极地整体沿流动方向运动。(2)微观上,超声波对聚合物分子链的作用分为物理作用和化学作用:a.熔体媒质吸收声波能量,使单个分子链或分子链段的运动自由度和运动能量增加,大部分分子链的构象发生变化,变得更加无规和自由。b.超声空化作用使熔体的分子量降低,分子量分布发生变化。这些综合效果使熔体粘度降低。超声振动施加一个脉冲力于PP/EPDM共混体系,帮助打散分散相,促进分散相沿流动方向的剪切变形并破裂形成更小的液滴,使EPDM在PP中分散更均匀,EPDM相的比表面积增大,界面层厚度增加,两相的界面张力降低。经过超声辐照,在共混物两相界面处生成PP与EPDM的共聚物使两相相容性增加。在超声作用下EPDM分子链产生自交联反应,有利于共混体系力学性能的提高。超声作用既能增韧PP/EPDM而又不会进一步损害其强度和刚性。超声振动能够打散团聚的大颗粒填料粒子,使其在基体中分散更加均匀。但不同形状的填料粒子在超声振动场中的响应方式不同。球形填料CaCO3粒子在超声作用下颗粒被打散,粒径变细。针状填料玻纤、晶须在超声振动作用下沿着振动方向(即熔体流动方向)取向。而片层状填料云母在超声作用下在聚合物熔体中发生翻转,最终形成云母片表面垂直于超声振动方向的取向状态。在挤出过程中施加超声辐照提高了PP/无机填料体系的整体性能,并凸显某一个方向的优异性能。超声振动改善了PP/无机填料体系的动态力学性能。耗能模量(尤其是低温耗散性能)得到很大提高。