基于微纳层叠方法的高性能PVC材料制备及其性能的研究
PVC在我国是产量最大、应用最为广泛的一类合成树脂，由于其具有优异的阻燃性、阻隔性、制品透明性，以及良好的抗化学腐蚀性、综合机械性、易成型性及易热封性等特点，被广泛用作制品的包装材料。但由于PVC的热稳定性差，需要添加增塑剂等助剂，从而带来了环保以及潜在毒性方面的问题;而且由于PVC的阻隔性能仍然无法满足一些高要求包装材料的标准，无法达到特定保质期的要求;这些都限制了PVC材料在一些包装领域（如食品和药品包装领域）的发展。微纳层叠挤出技术是一种新型的加工方法，利用该技术能将材料分为成百上千层的微层结构，熔体在受到反复剪切应力和拉伸应力的作用下，经过多次的分层、叠合的过程，微层的层数不断增加，而单层的厚度不断变小，最终每层的厚度可以达到微米甚至纳米级的水平，能够从微观上改变高分子材料的形态结构，从而获得性能更加优异的功能材料。本文在提出一种新型层叠装置的基础上，利用该装置对单一的PVC材料进行挤出，得到了性能大幅提升的PVC制品，并对制备出的PVC制品的气体阻隔性能和增塑剂迁移性能进行了研究。 本研究主要内容包括：⑴在对PVC材料的阻隔性能和增塑剂迁移性能、提高高分子材料阻隔性能和抑制增塑剂迁移的方法、渗透作用的机理和渗透作用的影响因素、取向的概念和高分子材料取向度的测量方法、微纳层叠挤出技术及其研究进展进行综述的基础上，提出了利用微纳层叠挤出方法制备高性能单一PVC制品的新思路，并在理论上验证了其可行性。⑵提出并制备了一种新型微纳层叠装置，简述了其结构和原理，并对微纳层叠装置的结构进行了优化设计;建立起完整的微纳层叠挤出生产线并试运行了挤出生产线，结果表明新型微纳层叠装置能实现明显的层叠效果;利用POLYFLOW软件对层叠流道中聚合物的挤出过程进行了数值模拟，为了解熔体在层叠流道内的流动情况提供了重要的参考意义。⑶利用微纳层叠装置对单一PVC材料进行挤出，成功制备了1层、9层和81层的PVC硬质和软质片材。通过对PVC硬片的取向度、力学性能和阻隔性能的表征，以及对PVC软片的密度、力学性能和增塑剂热挥发性能的表征，分析了层叠器对PVC材料取向度的影响，研究了取向度与其性能之间的关系。结果表明，在实验范围内，层叠器在沿着挤出方向上对PVC材料的取向度有明显的提高作用，且这种作用随着层叠器个数的增加而增强，从而对其制品的力学性能、阻隔性能以及抑制增塑剂迁移的能力都有相应的提高作用。1层、9层和81层硬质片材沿着挤出方向的取向度分别提高了5.03％、6.69％和11.97％;9层和81层水蒸气阻隔性比1层提高了5.79％和36.98％，氧气阻隔性提高了32.46％和55.81％。9层和81层软质片材的密度比1层分布提高了2.81％和4.35％;热挥发损失率比1层分别降低了14.12％和37.65％。这为制备低成本、高性能、工艺简单的高分子材料制品提供了一种新的途径。⑷针对新型层叠器能提高高分子材料取向度的问题，采用Moldex3D模流分析软件对层叠器取向单元的取向作用进行了模拟。通过研究短纤维增强树脂基复合材料在层叠取向单元中的纤维分布情况，间接分析层叠流道对高分子链的取向作用。结果表明，纤维在层叠流道中有较高的取向一致性，纤维的取向主要集中在沿着挤出流动方向接近流道壁的位置处，由此说明流道对高分子的取向作用是通过流道壁对高分子熔体的剪切作用实现的。本次模拟印证了利用层叠装置加工高分子材料得到高取向度制品的可行性，对研究层叠器的取向机理有重要的参考意义。
聚氯乙烯;塑料加工;微纳层叠;成型设备
北京化工大学
硕士
机械工程
谢鹏程
2015
中文
TQ325.3;TQ320.52
88
2015-12-29（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）