混料转速及温度对PP复合材料拉伸性能的影响

众所周知,塑料制品的应用领域及其性能需求逐渐提升,原料的物理改性方法在性能升级改造方面扮演重要角色,而物理改性过程中的前期混合均匀程度直接关系到熔融过程中分散相的分布均匀性和团聚尺寸,对不同组元间的界面相容效果有重要影响。然而,当前的固态物料混合方式不可避免地存在惯性隔离区,如图1所示。隔离区中物料在掺混时异于桨叶覆盖区,即发生小的相对位移,混合物容易形成较大尺寸的球晶,导致制件性能分布差异大、拉伸性能不良。而目前针对掺混设备运行指标对材料性能的影响研究鲜有报道,本文重点针对SHR15-A型高速混合机(石家庄浩塑机械厂),研究其混料转速与混料温度对被被混合材料拉伸性能的影响。

图1惯性隔离区示意图

1实验部分

1.1实验设备及原料

实验所用主要原材料如表1所示

表1实验所用主要原材料

名称 规格 型号及厂家

粒径(估值) 比表面积m2/g 型号 厂家

PP 3mm / T300 上海石化

CaCO3 37µm / HX-400 建德和谐重钙厂

SiO2 7nm 580 TG96 日本FREE

1.2样条制备与拉伸性能测试

CaCO3/PP、SiO2/PP分别以3000/20、3000/8的比例加入高速混料机,首先固定搅拌温度为30℃,依次改变搅拌机的转速为120rad/min、180rad/min、300rad/min、390rad/min、480rad/min、570rad/min。然后固定转速为480rad/min,并改变搅拌机的温度为30℃、40℃、50℃、60℃。混合后物料在SJSH平行同向双螺杆挤出机(石家庄浩塑机械厂)上熔融切粒,烘干后利用XS-1780D注塑成型机(深圳德立天科技有限公司)成型标准测试样条。挤出机各段温度分别设为120℃、160℃、170℃、180℃、190℃、200℃、220℃,机头温度设为200℃。注塑机温度为200℃、220℃、250℃、250℃、250℃、240℃。

拉伸性能利用德瑞DR-6000A伺服万能试验机(扬州德瑞仪器设备有限公司)进行测试,测试标准采用国标GB/T1039-92。

2结果与分析

2.1物料的混合转速对拉伸性能的影响

图2为不同转速下混合材料的拉伸性能。由图可见,CaCO3/PP复合材料的拉伸强度随转速的增加而降低,而SiO2/PP复合材料的拉伸强度随转速增加而升高。同时,二者在转速较低时拉伸强度均表现出较大变化,而当转速达到390rad/min后,转速对拉伸强度的影响均变得不明显,强度变化趋势逐渐减弱。

产生上述现象的原因可能是因为CaCO3粉末作为微米级物料,进行混合时在叶片周围出现了惯性隔离区,处于隔离区的物料会产生相对小的相对位移。而随着转速的提高,不同区域物料位移量差异性增加,导致物料混合不均匀的趋势扩大。而当转速达到一定值后,高的转速对物料的混合能力增强,一定程度上弥补了隔离区的影响,拉伸强度降低的整体趋势减弱。然而,CaCO3粉末为纳米级物料,其颗粒度较小,在混合过程中易发生团聚,虽然也会出现惯性隔离区现象,但随着转速的提高,对团聚的破坏作用逐渐增强,反而使SiO2粉末分布更加均匀,导致拉伸强度随转速的提高逐渐上升。

图2转速对CaCO3/PP和SiO2/PP复合材料拉伸性能的影响

2.2混料机的加热温度对拉伸性能的影响

图3分别为转速固定为480rad/min时不同混料加热温度对材料拉伸强度的影响。由图可知,CaCO3/PP复合材料和SiO2/PP复合材料的拉伸强度均随混料加热温度的升高而提高,但变化幅度均不明显。可见加热温度对复合材料的拉伸性能影响较小。

图3加热温度对CaCO3/PP和SiO2/PP复合材料拉伸性能的影响

3结语

(1)混料转速对被混合材料的拉伸性能影响相对较大,但由于惯性隔离区与粒子团聚程度的共同作用其影响效果不同,如CaCO3/PP复合材料的拉伸强度随混料转速的增加而降低,而SiO2/PP复合材料的拉伸性能则随混料转速的增加而升高。

(2)在混料转速较低的范围内,被混合材料的拉伸变化相对较大。当混料转速达到一定值后,由于对物料搅拌能力的提高,拉伸性能变化趋势减弱。

(3)混料温度对被混合材料的拉伸性能影响不明显。

本文来源:《企业科技与发展》:http://www.zzqklm.com/w/kj/21223.html