混料轉(zhuǎn)速及溫度對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改造方面扮演重要角色,而物理改性過程中的前期混合均勻程度直接關(guān)系到熔融過程中分散相的分布均勻性和團聚尺寸,對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)中物料在摻混時異于槳葉覆蓋區(qū),即發(fā)生小的相對位移,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。而目前針對摻混設(shè)備運行指標(biāo)對材料性能的影響研究鮮有報道,本文重點針對SHR15-A型高速混合機(石家莊浩塑機械廠),研究其混料轉(zhuǎn)速與混料溫度對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實驗部分

1.1實驗設(shè)備及原料

實驗所用主要原材料如表1所示

表1實驗所用主要原材料

名稱 規(guī)格 型號及廠家

粒徑(估值) 比表面積m2/g 型號 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試

CaCO3/PP、SiO2/PP分別以3000/20、3000/8的比例加入高速混料機,首先固定攪拌溫度為30℃,依次改變攪拌機的轉(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(石家莊浩塑機械廠)上熔融切粒,烘干后利用XS-1780D注塑成型機(深圳德立天科技有限公司)成型標(biāo)準測試樣條。擠出機各段溫度分別設(shè)為120℃、160℃、170℃、180℃、190℃、200℃、220℃,機頭溫度設(shè)為200℃。注塑機溫度為200℃、220℃、250℃、250℃、250℃、240℃。

拉伸性能利用德瑞DR-6000A伺服萬能試驗機(揚州德瑞儀器設(shè)備有限公司)進行測試,測試標(biāo)準采用國標(biāo)GB/T1039-92。

2結(jié)果與分析

2.1物料的混合轉(zhuǎn)速對拉伸性能的影響

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

產(chǎn)生上述現(xiàn)象的原因可能是因為CaCO3粉末作為微米級物料,進行混合時在葉片周圍出現(xiàn)了慣性隔離區(qū),處于隔離區(qū)的物料會產(chǎn)生相對小的相對位移。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擴大。而當(dāng)轉(zhuǎn)速達到一定值后,高的轉(zhuǎn)速對物料的混合能力增強,一定程度上彌補了隔離區(qū)的影響,拉伸強度降低的整體趨勢減弱。然而,CaCO3粉末為納米級物料,其顆粒度較小,在混合過程中易發(fā)生團聚,雖然也會出現(xiàn)慣性隔離區(qū)現(xiàn)象,但隨著轉(zhuǎn)速的提高,對團聚的破壞作用逐漸增強,反而使SiO2粉末分布更加均勻,導(dǎo)致拉伸強度隨轉(zhuǎn)速的提高逐漸上升。

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

2.2混料機的加熱溫度對拉伸性能的影響

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

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

3結(jié)語

(1)混料轉(zhuǎn)速對被混合材料的拉伸性能影響相對較大,但由于慣性隔離區(qū)與粒子團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較大。當(dāng)混料轉(zhuǎn)速達到一定值后,由于對物料攪拌能力的提高,拉伸性能變化趨勢減弱。

(3)混料溫度對被混合材料的拉伸性能影響不明顯。

本文來源:《企業(yè)科技與發(fā)展》:http://00559.cn/w/kj/21223.html