超临界流体扩散机理研究和聚丙烯仿藤条发泡制品开发
超临界流体(SCF)在高聚物熔体中的溶解是物理发泡过程中熔体-气体均相体系形成的关键，聚丙烯仿藤条产品的开发对表面质量、发泡质量提出非常高的要求。本文针对以上两个问题，对气泡在聚合物中的溶解和以此为理论基础的聚丙烯仿藤条发泡制品的开发进行了系统的研究。在发泡过程中，气体在熔体中的溶解包含两个阶段:分散混合阶段与物理扩散阶段。在分散混合阶段，建立了简单剪切场中气泡分裂所需时间的物理和数学模型，其正比于两相界面能，反比于剪切速率的平方、界面黏度，还与分裂次数有关;在物理扩散阶段，则建立了物理扩散时间与气泡平衡粒径、剪切速率和扩散系数的定量关系。根据气体在聚合物熔体中的溶解时间和熔体的轴向运动速度，理论计算了发泡螺杆均化段的最小长度和开槽段的适宜长度，从而确保均相体系的形成和熔体输送的效率。 本文以PP/CO2和PS/CO2体系为例，分别计算不同条件下的气体溶解时间和均化段、开槽段长度，结果表明螺杆转速对分散混合时间的影响不显著，所需开槽段长度较短;物理扩散时间随转速的增加而迅速下降;相同转速下PS/CO2体系的物理扩散时间比PP/CO2体系的大很多，均化段所需要的长度也更长。研究了PP挤出制品表面粗糙度Ra值的影响因素，结果表明加工温度的升高和剪切速率的减小均能够降低Ra值;而当口模长径比增加时， Ra值增加;在配方方面，PE和磨砂剂的加入会使Ra值增加，硅酮母粒的加入会使Ra值下降。提出采用“弯致裂纹系数”表征挤出发泡制品对折时产生裂纹的严重程度，产生裂纹的条件是形变量超过屈服伸长率。结果表明，拉伸速度对PP制品屈服伸长率的影响不大，PE的加入会适当提高材料的屈服伸长率，另外，泡孔尺寸存在某一优化值，此时的屈服伸长率达到最大，弯致裂纹系数达到最小。搭建了低流率、高压力和高精度的CO2计量泵送系统和低倍率聚丙烯仿藤条发泡实验系统。探讨了聚丙烯仿藤条发泡的最优温度区间和注气量，结果表明，当发泡温度为165～170℃且注气量为1％时，可以得到较好的产品质量。
泡沫塑料;聚丙烯发泡;弯致裂纹;发泡工艺
北京化工大学
硕士
机械工程
何亚东
2015
中文
TQ325.14;TQ328.06
111
2015-12-29（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）