混料轉(zhuǎn)速及溫度對(duì)PP復(fù)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(jí)CaCO3和納米級(jí)SiO2為填料，在不同混料轉(zhuǎn)速和混合加熱溫度下復(fù)合材料的拉伸性能。結(jié)果表明，當(dāng)轉(zhuǎn)速?gòu)?20 rad/min提高到570 rad/min，CaCO3/PP復(fù)合材料的拉伸性能明顯降低，而SiO2/PP復(fù)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(shí)對(duì)二者的影響均較小。

【關(guān)鍵詞】固態(tài)物料摻混;混料轉(zhuǎn)速;混料溫度;拉伸性能

【中圖分類號(hào)】TB332;TQ325.14【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A【文章編號(hào)】1674-0688（2019）10-0032-02

如今，塑料制品的應(yīng)用領(lǐng)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(jí)改造方面扮演重要角色，而物理改性過(guò)程中的前期混合均勻程度直接關(guān)系到熔融過(guò)程中分散相的分布均勻性和團(tuán)聚尺寸，對(duì)不同組元間的界面相容效果有重要影響。然而，當(dāng)前的固態(tài)物料混合方式不可避免地存在慣性隔離區(qū)，如圖1所示。隔離區(qū)中物料在摻混時(shí)異于槳葉覆蓋區(qū)，即發(fā)生小的相對(duì)位移，混合物容易形成較大尺寸的球晶，導(dǎo)致制件性能分布差異大、拉伸性能不良。而目前針對(duì)摻混設(shè)備運(yùn)行指標(biāo)對(duì)材料性能的影響研究鮮有報(bào)道，本文重點(diǎn)針對(duì)SHR15-A型高速混合機(jī)（石家莊浩塑機(jī)械廠生產(chǎn)），研究其混料轉(zhuǎn)速與混料溫度對(duì)被混合材料拉伸性能的影響。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備及原料

實(shí)驗(yàn)所用主要原材料見(jiàn)表1。

1.2 樣條制備與拉伸性能測(cè)試

CaCO3/PP、SiO2/PP分別以3 000/20、3 000/8的比例加入高速混料機(jī)，首先固定攪拌溫度為30 ℃，依次改變攪拌機(jī)的轉(zhuǎn)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(zhuǎn)速為480 rad/min，并將攪拌機(jī)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(jī)（石家莊浩塑機(jī)械廠生產(chǎn)）上熔融切粒，烘干后利用XS-1780D注塑成型機(jī)（深圳德立天科技有限公司生產(chǎn)）成型標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試樣條。擠出機(jī)各段溫度分別設(shè)為120 ℃、160 ℃、170 ℃、180 ℃、190 ℃、200 ℃、220 ℃，機(jī)頭溫度設(shè)為200 ℃。注塑機(jī)溫度為200 ℃、220 ℃、250 ℃、250 ℃、250 ℃、240 ℃。

拉伸性能利用德瑞DR-6000A伺服萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)（揚(yáng)州德瑞儀器設(shè)備有限公司生產(chǎn)）進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)采用國(guó)標(biāo)GB/T 1039—92。

2 結(jié)果與分析

2.1 物料混合轉(zhuǎn)速對(duì)拉伸性能的影響

圖2為不同轉(zhuǎn)速下混合材料的拉伸性能。由圖2可見(jiàn)，CaCO3/PP復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度隨轉(zhuǎn)速的增加而降低，而SiO2/PP復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度隨轉(zhuǎn)速增加而升高。同時(shí)，二者在轉(zhuǎn)速較低時(shí)拉伸強(qiáng)度均表現(xiàn)出較大變化，而當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到390 rad/min后，轉(zhuǎn)速對(duì)拉伸強(qiáng)度的影響均變得不明顯，強(qiáng)度變化趨勢(shì)逐漸減弱。

產(chǎn)生上述現(xiàn)象的原因可能是CaCO3粉末作為微米級(jí)物料，進(jìn)行混合時(shí)在葉片周?chē)霈F(xiàn)慣性隔離區(qū)，處于隔離區(qū)的物料會(huì)產(chǎn)生相對(duì)小的位移。隨著轉(zhuǎn)速的提高，不同區(qū)域物料位移量差異性增加，導(dǎo)致物料混合不均勻趨勢(shì)擴(kuò)大。而當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到一定值后，高轉(zhuǎn)速對(duì)物料的混合能力增強(qiáng)，一定程度上彌補(bǔ)了隔離區(qū)的影響，拉伸強(qiáng)度降低的整體趨勢(shì)減弱。然而，SiO2粉末為納米級(jí)物料，其顆粒度較小，在混合過(guò)程中易發(fā)生團(tuán)聚，雖然會(huì)出現(xiàn)慣性隔離區(qū)現(xiàn)象，但隨著轉(zhuǎn)速提高，對(duì)團(tuán)聚的破壞作用逐漸增強(qiáng)，反而使SiO2粉末分布更加均勻，導(dǎo)致拉伸強(qiáng)度隨轉(zhuǎn)速提高而逐漸上升。

2.2 混料機(jī)的加熱溫度對(duì)拉伸性能的影響

圖3為轉(zhuǎn)速固定為480 rad/min時(shí)不同混料加熱溫度對(duì)材料拉伸強(qiáng)度的影響。由圖3可知，CaCO3/PP復(fù)合材料和SiO2/PP復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)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(jiàn)，加熱溫度對(duì)復(fù)合材料的拉伸性能影響較小。

3 結(jié)語(yǔ)

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

（2）在混料轉(zhuǎn)速較低的范圍內(nèi)，被混合材料的拉伸變化相對(duì)較大。當(dāng)混料轉(zhuǎn)速達(dá)到一定值后，由于對(duì)物料攪拌能力提高，拉伸性能變化趨勢(shì)減弱。

（3）混料溫度對(duì)被混合材料的拉伸性能影響不明顯。

參 考 文 獻(xiàn)

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