高分子材料加工與工藝的研究

樊小會(huì)

摘 要：高分子材料是一種新型材料，其加工工藝是廣大科研工作者研究的重點(diǎn)。擠出成型是高分子材料成型中常用的一種工藝?；诖耍疚纳钊胙芯苛藬D出成型工藝中溫度和速度對(duì)材料成型的影響。

關(guān)鍵詞：高分子材料；擠出成型；溫度；速度

PVC發(fā)泡型材是一種具有卓越的仿木性能新型材料，具有很大的開發(fā)潛力。目前大都采用擠出成型工藝制得，本文就以PVC發(fā)泡材料擠出成型為例，深入分析了擠出成型過(guò)程中螺桿轉(zhuǎn)速和?？跍囟葘?duì)PVC板材泡孔結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能的影響。

1口模溫度對(duì)材料成型的影響

在擠出成型過(guò)程中，要嚴(yán)格控制各段的溫度，尤其是口模的溫度。本次試驗(yàn)中將口模的溫度從168℃逐漸降低，分別設(shè)定為165℃、162℃、159℃、156℃這幾個(gè)溫度值來(lái)研究板材的性能。

1.1口模溫度對(duì)泡孔結(jié)構(gòu)的影響

將不同口模溫度條件下的發(fā)泡樣品的照片放大后觀察，隨著口模溫度的逐漸降低，泡孔數(shù)量逐漸增多，泡孔尺寸也變得更加均勻，且平均泡孔尺寸逐漸變小。這說(shuō)明口模溫度越低，物料的熔體強(qiáng)度越大，能及時(shí)限制泡孔的長(zhǎng)大，防止泡孔合并或破裂。

1.2口模溫度對(duì)力學(xué)性能的影響

1.2.1拉伸性能

口模溫度對(duì)微發(fā)泡板材拉伸性能的影響如圖1所示，可以看出材料的拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率都隨著口模溫度的升高而降低。物料擠出口模后，外壓力下降，氣體迅速膨脹，口模溫度越高，PVC的熔體強(qiáng)度越低，不足以包住氣體，從而導(dǎo)致泡孔迅速長(zhǎng)大或破裂，使得泡孔變大，制品表面粗糙，力學(xué)性能下降。另外，口模溫度越高，模頭壓力越低，成核數(shù)也就越少，相應(yīng)的樣品的泡孔直徑就越大，因此，制品的拉伸強(qiáng)度也就越低。

1.2.2彎曲性能

口模溫度對(duì)微發(fā)泡板材彎曲性能的影響如圖2所示，口模溫度越高，得到的發(fā)泡制品的彎曲強(qiáng)度越低。這說(shuō)明，口模溫度的降低有利于提高制品的彎曲強(qiáng)度。

1.2.3沖擊性能

口模溫度對(duì)微發(fā)泡板材沖擊性能的影響如圖3所示，當(dāng)口模溫度降低時(shí)，發(fā)泡制品的沖擊強(qiáng)度逐漸提高。這說(shuō)明口模溫度的降低有利于提高制品的沖擊強(qiáng)度。

由上述可以看出，口模溫度越低，發(fā)泡制品的泡孔結(jié)構(gòu)和發(fā)泡制品的拉伸、彎曲、沖擊性能均有所提高。但是，口模溫度越低擠出加工穩(wěn)定性越差，口模壓力波動(dòng)范圍越大。綜合考慮，溫度控制在159℃為最佳狀態(tài)。

2螺桿轉(zhuǎn)速對(duì)材料成型的影響

實(shí)驗(yàn)將螺桿轉(zhuǎn)速分別設(shè)定為5.5r/min、7.0r/min、8.5r/min、10r/min，來(lái)研究螺桿轉(zhuǎn)速對(duì)微發(fā)泡板材制品性能的影響。

2.1螺桿轉(zhuǎn)速對(duì)泡孔結(jié)構(gòu)的影響

通過(guò)對(duì)比不同螺桿轉(zhuǎn)速下板材泡孔結(jié)構(gòu)的電鏡照片，我們發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)速為5.5r/min時(shí)，泡孔很散亂，大小也各不相同；轉(zhuǎn)速8.5r/min時(shí)，泡孔有輕微撕裂的痕跡；轉(zhuǎn)速為10r/min時(shí)，泡孔有明顯被撕裂的現(xiàn)象，且已發(fā)黃，發(fā)生部分降解；轉(zhuǎn)速在7r/min時(shí)，基本能達(dá)到一個(gè)平衡。

2.2螺桿轉(zhuǎn)速對(duì)力學(xué)性能的影響

2.2.1拉伸性能

螺桿轉(zhuǎn)速對(duì)板材拉伸性能的影響如圖4所示，發(fā)泡制品的拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率均隨著螺桿轉(zhuǎn)速的增加先增大后減小。這是由于隨著螺桿轉(zhuǎn)速的增加，螺桿的剪切作用加強(qiáng)，有利于聚合物超臨界均相體系的形成，同時(shí)剪切速率提高使氣泡成核密度增加，泡孔分布更加均勻。但過(guò)度剪切又會(huì)使其發(fā)生降解，實(shí)驗(yàn)中當(dāng)轉(zhuǎn)速升到10r/min時(shí)，制品表面發(fā)黃，開始發(fā)生降解，從而導(dǎo)致拉伸性能急劇下降。

2.2.2彎曲性能

螺桿轉(zhuǎn)速對(duì)微發(fā)泡板材彎曲性能的影響，隨著螺桿轉(zhuǎn)速的增加發(fā)泡制品的彎曲強(qiáng)度先增大后減小，轉(zhuǎn)速在7r/min時(shí)制品的彎曲強(qiáng)度最大。這是由于當(dāng)螺桿轉(zhuǎn)速較低時(shí)提高轉(zhuǎn)速，可加強(qiáng)混合作用，促進(jìn)均相體系的形成，之后繼續(xù)提高轉(zhuǎn)速，剪切作用太強(qiáng)使其發(fā)生降解，且轉(zhuǎn)速高時(shí)擠出機(jī)出料太快，熔體與接觸時(shí)間短，不利于均相體系的形成，從而導(dǎo)致制品的性能下降。

2.2.3沖擊性能

實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，隨著螺桿轉(zhuǎn)速的增加，發(fā)泡樣品的沖擊強(qiáng)度先增大后降低，在轉(zhuǎn)速為8.5r/min時(shí)達(dá)到峰值，制品的沖擊強(qiáng)度在轉(zhuǎn)速為10r/min時(shí)急劇下降，這說(shuō)明PVC對(duì)剪切很敏感，轉(zhuǎn)速在10r/min剪切強(qiáng)度大，發(fā)生降解，沖擊強(qiáng)度大幅下降。

綜合上述，得出以下結(jié)論：隨著螺桿轉(zhuǎn)速的提高，制品的泡孔結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能都會(huì)有一定的改善。但轉(zhuǎn)速過(guò)高又會(huì)縮短物料在機(jī)筒中停留時(shí)間，不利于聚合物均相體系的形成。同時(shí)考慮到PVC熱穩(wěn)定性差的因素，因此，將7r/min確定為得到綜合性能優(yōu)良發(fā)泡制品的最佳螺桿轉(zhuǎn)速。由此次實(shí)驗(yàn)可以看出，高分子材料擠出成型過(guò)程中溫度和速度對(duì)于材料成型的影響是十分顯著的，在實(shí)際加工過(guò)程中需要綜合考慮各項(xiàng)因素，選擇最佳的工藝條件，以獲得良好的材料制品。

參考文獻(xiàn)：

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