连续混炼机混合性能及制备碳纳米管/环氧树脂复合材料的研究
连续混炼机是一种高效混合设备，由于高掺混能力以及对物料适应性强等优点，在分散混合难度较大的聚合物混炼加工领域受到越来越多的关注。本文对连续混炼机的混合性能及其在碳纳米管/环氧树脂复合材料制备中的应用进行探索和研究。
本文以聚合物混合理论及连续混炼机的工作原理为基础，建立由分散混合、分布混合以及停留时间分布组成的连续混炼机混合性能量化评价体系。利用聚合物加工专业分析软件Polyflow，对连续混炼机混炼段的混合过程进行了三维动态模拟，分析了工艺条件以及物料属性对混合性能的影响。根据聚合物在连续混炼机中的混合机理以及转子结构设计理论指出，转子相位角、断面形状、顶峰位置以及顶峰区等为影响混合性能的主要几何特征，模拟分析了这些几何特征参数对混合性能的影响，并根据分析结果，给出了相应的设计指导。
以上述模拟分析结果为基础，开展了对连续混炼机用于碳纳米管/环氧树脂复合材料制备的探索研究。碳纳米管的优异性能以及独特结构使其成为先进聚合物基复合材料的理想增强体，但也正是碳纳米管的独特结构使其极易产生团聚，很难在聚合物中分散均匀，不能充分发挥碳纳米管的改性作用。如何减小碳纳米管的团聚并使其在环氧树脂中充分分散，是制备高性能碳纳米管/环氧树脂复合材料的关键问题之一。
本文探讨由连续混炼机通过熔融共混法制备碳纳米管/环氧树脂复合材料的相关问题。首先，借鉴固体粉末在聚合物中的分散混合模型及理论，对碳纳米管与环氧树脂的熔融共混过程进行理论研究，建立了多因素影响的累积尺度分布函数，以此对连续混炼机制备碳纳米管/环氧树脂复合材料的混合过程进行了三维动态数值模拟，分析了连续混炼机操作条件对碳纳米管分散性的影响。在此基础上，通过实验研究连续混炼机不同加工工艺条件对碳纳米管在环氧树脂中分散性的影响，结果表明，利用连续混炼机可制备分散混合效果满足要求的碳纳米管/环氧树脂复合材料，并证实了模拟分析的可行性。此外，面向实际应用，还进一步研究了碳纳米管含量对复合材料力学性能及流变性能的影响。
连续混炼机;碳纳米管;环氧树脂;复合材料;熔融共混;三维数值模拟
北京化工大学
博士
机械设计及理论
杨卫民
2011
中文
TQ330.63;TB332
119
2011-08-24（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）