[材料科学]超声在反应加工中的应用.ppt

聚合物共混物熔体在超声作用下的物理化学反应以及在注射过程中的结构演变 挤出和注射成型是最重要的两种聚合物加工方法 什么是超声波？ 功率超声在高分子加工中的应用 第一节：熔体超声降解 问题的提出！ 基于如下事实：熔体的松弛时间（0.1－10s）远大于超声波的变化周期（5×10-5 s） 熔体超声降解模型： 熔体静态超声降解实验装置 加聚类聚合物----主链为C-C键 缩聚类聚合物PA6----主链为C-C键和酰胺键 影响熔体超声降解的因素 小结 小结 小结 超声制备纳米材料 聚合物 熔体 3％ 蒙脱土 混合， 超声挤出 蒙脱土分散 更均匀 蒙脱土层间距 增加或被剥离 超声波的强力高速冲击 PA6CN透射电镜图 超声功率：0W 超声功率：100W 扫描电镜图 PECN 超声功率：0W PECN 超声功率：200W PA6CN 超声功率：0W PA6CN 超声功率：100W PA6CN X射线衍射图 分峰结果 PA6CN DSC图 DSC图 分析结果 PA6CN 非等温结晶 降温速率：20℃ /min 诱导期 5min后 PA6 PA6CN-0 PA6CN-100 40~50秒 20秒 10秒 偏光显微镜观察结果 诱导期 5min后 HDPE PECN-0 PECN-200 50~60秒 40~50秒 30~40秒 偏光显微镜观察结果 热失重分析结果 PA6CN力学性能 PECN力学性能 小结 超声辐照几乎不改变PECNs的插层结构，但能加大PA6CNs的剥离程度;超声辐照阻止了OMMT在基体中的团聚。 超声辐照对PA6的结晶性质影响较大，PA6的结晶速率加快，球晶的尺寸变小，分布更均匀；但结晶度降低。 相比之下，超声辐照对PECN的结构影响较小，因而对HDPE的结晶性质影响也较小。 超声辐照使聚合物/蒙脱土纳米复合材料的热稳定性下降。 超声辐照能在提高拉伸强度和屈服强度的基础上，提高聚合物/蒙脱土纳米复合材料的韧性。 第五节：聚合物在注射加工中的结构演变 聚合物原料 注射制品 皮芯结构 各向异性 使用性能 注射 目前的研究状况： 主要集中在垂直于熔体流动方向上（横向） 少数学者研究了平行于流动方向上（纵向）的形态，但局限于单组分聚合物，偏重于讨论晶体结构的差异，很少讨论其力学性能的差异。 我们研究目标：纵向上的差异 离浇口距离↓ 熔体所受剪切力↑ 剪切作用时间↑ 沿流动方向上， 聚合物的结构和 形态成梯度分布 梯度材料 保留 功能在空间和时间上连续变化的材料 注射样条示意图 熔体温度对降解的影响 PS(PG383M) EPDM 熔体超声降解的“负温度系数”特性表明了超声降解为力化学反应 在我们的超声降解模型中，阻力F便是导致分子断链的直接动力 在超声降解的基础上,研究了超声挤出中共混物的就地增容 第二节：超声挤出增容 超声挤出增容 借鉴聚合物溶液中合成嵌段/接枝的方法 聚合物A 聚合物B 共混物 混合 超声挤出 大分子 自由基A 大分子 自由基B 共聚物A－B 就地增容 偶合 无需第三组分 清洁，节约 优点 超声功率对PS/EPDM(80/20)共混物的影响 1-16-0 (未经超声处理) 1-16-110 (超声功率110W) 1-16-250 (超声功率250W) PS/EPDM(80/20)体系中分散相的尺寸分布图 HDPE/PA6 PS/EPDM 超声挤出 超声增容 超声降解 影响 表征 线性粘弹性 小形变，不破坏形态结构 测试仪器:2ARES-9A 平行板流变仪 测试频率:0.1～100rad/s 应变幅度:1% EPDM 一般说来，聚合物分子量降低导致复合粘数和动态模量减小 对于共混体系，相容性提高导致复合粘数和动态模量增加，分子量降低导致复合粘数和动态模量减小 复合粘数和动态模量的增减由超声增容和超声降解共同决定 C-C键能：347 KJ/mol C-N键能：293 KJ/mol HDPE/PA6体系 超声辐照对动态模量的影响与它对复合粘数的影响相似 对于均相高分子体系： 对于非均相高分子体系： n小于2：体系相容性增加，n值变大 储能模量与耗能模量的关系 Palierne的乳液模型 假设不同的界面张力值a，然后计算共混物的复模量，计算结果与实验结果吻合得最好的就作为体系的界面张力 PS/EPDM(80/20) 共混物 超声辐照对动态模量和零剪切粘度的影响与它对复合粘数的影响相似 PS/EPDM(80/20) 共混物 PS/EPDM(80/20) 共混物 对PS/EPDM(80/20)共混物体系来说，在超声作用下，超声降解所产生的不同的大分子自由基偶合生成共聚物，这种共聚物在共混体系中起就地增容作用