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發(fā)布時(shí)間: 2020-05-15 
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隨著納米復(fù)合材料的蓬勃發(fā)展,現(xiàn)在越來越多的科學(xué)研究都在朝這一方面發(fā)展,由于納米粒子表面能小、粒度小、處于熱力學(xué)非穩(wěn)定狀態(tài),所以在生產(chǎn)制備、儲存以及使用的過程中很容易發(fā)生粒子團(tuán)聚,也就失去了納米粒子所具有的功能,因此實(shí)現(xiàn)納米粒子的納米級尺度分散是聚合物基納米復(fù)合材料制備的瓶頸問題,為了解決納米團(tuán)聚體的分散問題,人們嘗試采用振動場、超聲波等方法進(jìn)行納米團(tuán)聚體的分散；對具有層狀結(jié)構(gòu)的納米材料,如蒙托土,采用原位插層聚合法進(jìn)行分散；已報(bào)導(dǎo)的方法還有溶膠凝膠法、有機(jī)／無機(jī)納米復(fù)合膜法等,雖然這些方法均證明是行之有效的方法,但是每種方法都有其自己的局限性,如振動場和超聲場的施加方法比較困難,能量利用效率較低；原位插層聚合法僅適用于具有層狀結(jié)構(gòu)的納米材料等。
針對納米粒子不易在聚合物中均勻分散的科技難題,吳大鳴教授提出了液體上浮氣泡剪切法機(jī)械消泡來對納米復(fù)合材料中的納米粒子進(jìn)行分散,實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)采用鳳谷機(jī)械消泡器進(jìn)行分散后,無機(jī)納米粒子在基體樹脂中得到了較好的分散,但是由于發(fā)泡后在納米復(fù)合材料中存有氣泡影響了材料的性能,所以必須對復(fù)合材料進(jìn)行消泡處理,并防止消泡后無機(jī)納米顆粒發(fā)生再團(tuán)聚現(xiàn)象,從而提高復(fù)合材料各方面的性能,目前主要有高速氣流粉碎法消泡、雙螺桿擠出機(jī)或單螺桿擠出機(jī)直接擠出消泡、注塑機(jī)進(jìn)行注塑消泡這幾種消泡的方法。本課題主要研究雙階消泡法,即在單螺桿擠出機(jī)進(jìn)行發(fā)泡后熔體不經(jīng)冷卻直接通過雙螺桿擠出機(jī)進(jìn)行消泡處理,因?yàn)楝F(xiàn)在大部分塑料制品都是通過擠出來成型的,這樣通過雙階消泡法成功的話,就避免了因冷卻或再熔融造成的能量損耗,同時(shí)也避免了消泡過程中的熱歷程對納米復(fù)合材料的各種性能的影響,同時(shí)減少了工藝步驟,簡化了生產(chǎn)工藝,提高了生產(chǎn)效率,為以后的工業(yè)化生產(chǎn)奠定了基礎(chǔ)。 本論文在大量實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上研究了雙階直接消泡法的工藝及所使用的設(shè)備,并且對直接消泡后已分散的納米粉體是否會發(fā)生再團(tuán)聚進(jìn)行了分析,以及通過電鏡照片和力學(xué)性能的測試進(jìn)行分析,從而得出以下幾個(gè)結(jié)論：
1.通過雙階直接消泡實(shí)驗(yàn),確定使用雙螺桿擠出機(jī)進(jìn)行消泡是可行的,雙螺桿機(jī) 頭壓力約為25bar,螺桿轉(zhuǎn)速為180-200rpm,在此工藝條件下,擠出的制品較好,消泡效果也達(dá)到了實(shí)驗(yàn)要求。 2.使用Image-Pro Plus軟件,對電鏡照片進(jìn)行分析和計(jì)算,從而可以通過電鏡照片定量分析ISBS法和ISBS雙階消泡法兩種方法制備的聚合物基納米復(fù)合材料中納米粉體的分散情況,通過實(shí)驗(yàn)對比可以發(fā)現(xiàn),證明雙階消泡法是可行的。對經(jīng)過ISBS方法制備的納米復(fù)合材料進(jìn)行雙階消泡法處理和注塑成型加工過程后,復(fù)合材料中的納米粒子分散的依然比較好,未產(chǎn)生明顯的重新團(tuán)聚現(xiàn)象。 3.經(jīng)過雙階消泡法處理和成型加工過程后,PP-R/nano-CaCO3復(fù)合材料的缺口沖擊強(qiáng)度隨著無機(jī)粒子添加量的增加有較大提高,當(dāng)nano-CaCO3的含量為一定值時(shí),復(fù)合材料的沖擊強(qiáng)度達(dá)到一個(gè)最大值,添加量再增加時(shí)沖擊強(qiáng)度下降,在本實(shí)驗(yàn)中,達(dá)到20phr時(shí),沖擊性能達(dá)到一個(gè)峰值； 4.對于聚合物基納米復(fù)合材料,經(jīng)過雙階直接消泡和成型加工過程后,納米粉體是否會發(fā)生再團(tuán)聚,主要取決于復(fù)合體系中無機(jī)粒子的添加量。當(dāng)體系中的納米粒子的含量超過一定值時(shí),體系中的無機(jī)粒子發(fā)生團(tuán)聚的幾率增加,達(dá)到復(fù)合體系重新團(tuán)聚的臨界值后,復(fù)合體系中的無機(jī)粒子容易發(fā)生再團(tuán)聚。
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