高阻隔性复合材料微纳层叠制备装置及其性能的研究
高分子材料以其密度小、容易加工、价格低以及不易破碎等优点，近年来被大量地应用于食品、药品、农药等领域，阻隔复合材料制品得到了快速的发展。可以通过表面处理技术、多层复合技术、层状共混技术等来制备阻隔复合材料，近年开发出了微纳层叠制备技术，对不同种类和性能的高分子材料共挤出之后通过不断的分割和叠合，制备出复合材料，具有交替层叠结构，从而获得良好的阻隔性能。微纳层叠制备技术近年来已经有了快速的发展，但现有方法还存在层叠器结构复杂、高分子材料熔体流动不均匀、分层效率低等不足。
本文从创新层叠器原理出发，开发了一种采用熔体扭转方法制备高阻隔性层叠复合材料的新装置，通过高分子材料熔体在层叠器中发生分割-90°扭转-汇流实现叠层复合，层叠器设计及制造工艺简单，对称的流道使得熔体流动更加均匀，创新的流道结构提高了分层效率。对加工好的微纳层叠设备进行了安装调试，通过实验验证了微纳层叠制备装置可以生产出具有明显交替层叠结构的复合材料，层的厚度可以通过螺杆转速调控，层数可以通过层叠器的个数调控。
使用微纳层叠制备装置，进行了2层、8层、32层数时EVOH+PP/PP、EVOH/PP、HDPE/PA6、HDPE/MMT体系微纳层叠挤出的实验，研究微纳层叠作用与阻隔性能之间的关系。测试复合材料的阻隔性能，发现EVOH+PP/PP体系随着层数的增加阻隔性能也在增加，EVOH/PP、HDPE/PA6体系随着层数的增加并未增加，HDPE/MMT体系随着层数的增加阻隔性能也没有发生增加。对复合材料断面进行电镜扫描，发现EVOH+PP/PP体系在层叠器的拉伸作用下EVOH发生了形态的变化，从而使得复合材料阻隔性能提高;EVOH/PP、HDPE/PA6体系在层叠作用下阻隔性能并没有提高，可能是由于厚度变化过程中阻隔材料层的破坏影响实验结果;HDPE/MMT体系中由于MMT与HDPE之间的相容性较差，层叠未能使得MMT发生剥离和分散，所以未能提高复合材料的阻隔性能。
在实验中，发现新型微纳层叠制备装置存在着熔体压力降大等需要改进的地方。本文使用Moldex3D软件对高分子材料熔体在层叠器流道中的流动进行了模拟分析，分析了层叠器流道沿挤出方向长度、流道入口出口中心间距、流道入口出口截面变化等结构尺寸因素与熔体压力降之间的关系，为制备出熔体压力降更小的层叠器奠定了基础。阻隔性能的测试需要样品的厚度在2mm以下，但是层叠器流道中熔体厚度是10mm，喇叭口模在不破坏复合材料层叠结构时，使得厚度均匀变小，使用Moldex3D软件对喇叭口模中高分子材料熔体流动进行分析并修改结构，制造出熔体流动前沿均匀的喇叭口模。
高阻隔性;复合材料;微纳层叠;制备装置
北京化工大学
硕士
流体机械及工程
丁玉梅
2012
中文
TB383
89
2012-11-30（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）