混料轉速及溫度對PP復合材料拉伸性能的影響

王理民 劉暢 李佳偉 楊秉辰 溫繼超

【摘 要】文章研究以聚丙烯（PP）為底料、微米級CaCO3和納米級SiO2為填料，在不同混料轉速和混合加熱溫度下復合材料的拉伸性能。結果表明，當轉速從120 rad/min提高到570 rad/min，CaCO3/PP復合材料的拉伸性能明顯降低，而SiO2/PP復合材料的拉伸性能卻明顯提高。此外，加熱溫度從40 ℃提高到60 ℃時對二者的影響均較小。

【關鍵詞】固態物料摻混;混料轉速;混料溫度;拉伸性能

【中圖分類號】TB332;TQ325.14【文獻標識碼】A【文章編號】1674-0688（2019）10-0032-02

如今，塑料制品的應用領域及其性能需求逐漸提升，而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，當前的固態物料混合方式不可避免地存在慣性隔離區，如圖1所示。隔離區中物料在摻混時異于槳葉覆蓋區，即發生小的相對位移，混合物容易形成較大尺寸的球晶，導致制件性能分布差異大、拉伸性能不良。而目前針對摻混設備運行指標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（石家莊浩塑機械廠生產），研究其混料轉速與混料溫度對被混合材料拉伸性能的影響。

1 實驗部分

1.1 實驗設備及原料

實驗所用主要原材料見表1。

1.2 樣條制備與拉伸性能測試

CaCO3/PP、SiO2/PP分別以3 000/20、3 000/8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速為120 rad/min、180 rad/min、300 rad/min、390 rad/min、480 rad/min、570 rad/min;然后固定轉速為480 rad/min，并將攪拌機的溫度改為30 ℃、40 ℃、50 ℃、60 ℃。混合后物料在SJSH平行同向雙螺桿擠出機（石家莊浩塑機械廠生產）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生產）成型標準測試樣條。擠出機各段溫度分別設為120 ℃、160 ℃、170 ℃、180 ℃、190 ℃、200 ℃、220 ℃，機頭溫度設為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（揚州德瑞儀器設備有限公司生產）進行測試，測試標準采用國標GB/T 1039—92。

2 結果與分析

2.1 物料混合轉速對拉伸性能的影響

圖2為不同轉速下混合材料的拉伸性能。由圖2可見，CaCO3/PP復合材料的拉伸強度隨轉速的增加而降低，而SiO2/PP復合材料的拉伸強度隨轉速增加而升高。同時，二者在轉速較低時拉伸強度均表現出較大變化，而當轉速達到390 rad/min后，轉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。

產生上述現象的原因可能是CaCO3粉末作為微米級物料，進行混合時在葉片周圍出現慣性隔離區，處于隔離區的物料會產生相對小的位移。隨著轉速的提高，不同區域物料位移量差異性增加，導致物料混合不均勻趨勢擴大。而當轉速達到一定值后，高轉速對物料的混合能力增強，一定程度上彌補了隔離區的影響，拉伸強度降低的整體趨勢減弱。然而，SiO2粉末為納米級物料，其顆粒度較小，在混合過程中易發生團聚，雖然會出現慣性隔離區現象，但隨著轉速提高，對團聚的破壞作用逐漸增強，反而使SiO2粉末分布更加均勻，導致拉伸強度隨轉速提高而逐漸上升。

2.2 混料機的加熱溫度對拉伸性能的影響

圖3為轉速固定為480 rad/min時不同混料加熱溫度對材料拉伸強度的影響。由圖3可知，CaCO3/PP復合材料和SiO2/PP復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，加熱溫度對復合材料的拉伸性能影響較小。

3 結語

（1）混料轉速對被混合材料的拉伸性能影響相對較大，但由于慣性隔離區與粒子團聚程度的共同作用其影響效果不同，如CaCO3/PP復合材料的拉伸強度隨混料轉速的增加而降低，而SiO2/PP復合材料的拉伸強度則隨混料轉速的增加而升高。

（2）在混料轉速較低的范圍內，被混合材料的拉伸變化相對較大。當混料轉速達到一定值后，由于對物料攪拌能力提高，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。

參 考 文 獻

[1]M. Kim，S. C. Mun，C. S. Lee，et al.Electrical and rheological properties of polyamideray irradiated milti-walled carbon nanotube composites[J].Carbon，2011，49（12）：4030-4042.

[2]R. M. Santos，C. Vilaverde，E. Cunha，et al.Pro-bing dispersion and reagglomeration phenomena upon melt-mixing of polymer-functonallized graphite nanoplates[J].Soft Matter，2016，12（1）：77-86.

[3]袁毅，黃美娜.螺桿轉速對PP/GF復合材料中GF與性能的影響[J].中國塑料，2017（5）：36-41.