注塑工藝參數(shù)對微發(fā)泡PP/SiO2納米復(fù)合材料發(fā)泡行為及力學(xué)性能的影響

龔 維,高家誠,何 力,于 杰,鄭 環(huán),何 穎

(1.重慶大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院,重慶400030;2.貴州師范大學(xué)材料與建筑學(xué)院,貴州貴陽550014;3.國家復(fù)合改性聚合物材料工程技術(shù)研究中心,貴州貴陽550014)

注塑工藝參數(shù)對微發(fā)泡PP/SiO2納米復(fù)合材料發(fā)泡行為及力學(xué)性能的影響

龔 維1,2,3,高家誠1,何 力3＊,于 杰3,鄭 環(huán)2,何 穎2

(1.重慶大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院,重慶400030;2.貴州師范大學(xué)材料與建筑學(xué)院,貴州貴陽550014;3.國家復(fù)合改性聚合物材料工程技術(shù)研究中心,貴州貴陽550014)

用正交實(shí)驗(yàn)研究了噴嘴溫度、注射壓力、注射速度和冷卻時間等工藝參數(shù)對化學(xué)發(fā)泡法制備的微發(fā)泡聚丙烯(PP)/SiO2納米復(fù)合材料的泡孔平均直徑和泡孔密度的影響,用Image-p ro圖像處理軟件對復(fù)合材料的泡孔尺寸進(jìn)行了統(tǒng)計,并對其力學(xué)性能進(jìn)行了分析。結(jié)果表明,在PP中添加納米SiO2后,噴嘴溫度對微發(fā)泡PP/SiO2納米復(fù)合材料的發(fā)泡行為影響最大,其次為注射速度;實(shí)驗(yàn)范圍內(nèi)較理想的工藝參數(shù)為:噴嘴溫度175℃、注射壓力67.5 M Pa、注射速度95%、冷卻時間35 s;在此工藝條件下獲得了泡孔平均直徑為15.71μm、泡孔密度為9.8×106個/cm3的微發(fā)泡PP/SiO2納米復(fù)合材料,沖擊強(qiáng)度達(dá)5.45 kJ/m2。

聚丙烯;二氧化硅;納米復(fù)合材料;微發(fā)泡;注射成型;工藝參數(shù)

0 前言

微孔發(fā)泡聚合物材料的研發(fā)和應(yīng)用日益受到人們的重視。但是基體材料微發(fā)泡后,某些性能明顯降低,限制了其在工業(yè)上的應(yīng)用[1]。因此,添加填料的復(fù)合微發(fā)泡材料在各方面的研究越來越被重視。

微孔發(fā)泡聚合物復(fù)合材料的制備目標(biāo)一般是獲得泡孔平均直徑小、尺寸分布均勻、泡孔密度大的材料。與模壓成型和擠出成型[2]方法相比,微孔發(fā)泡注射成型制備的產(chǎn)品品質(zhì)不穩(wěn)定,主要是由于影響注射成型發(fā)泡的因素復(fù)雜,注塑工藝(如噴嘴溫度、注射速度、注射壓力、注射量等)的變化都將明顯地改變注塑制品中的泡孔平均直徑、孔徑尺寸分布和泡孔密度。對外加氣源物理發(fā)泡注射成型制備發(fā)泡聚合物材料的研究表明,調(diào)節(jié)成型工藝參數(shù)能有效控制泡孔的成核和長大,Baldw in等[3-5]對PP注射成型工藝進(jìn)行了較系統(tǒng)的研究,在噴嘴溫度確定的條件下,討論了注射速度、注射壓力、保壓壓力對泡孔尺寸、泡孔密度的影響,結(jié)果表明,3個工藝參數(shù)中以1個為變量,另2個為常量的條件下,保壓壓力對泡孔尺寸、泡孔密度的影響最大,且存在一個最佳值。與物理發(fā)泡注射成型工藝相比,化學(xué)發(fā)泡注射成型工藝所需設(shè)備簡單,適用范圍廣,但化學(xué)發(fā)泡注射成型工藝的影響因素和規(guī)律更為復(fù)雜,系統(tǒng)研究的有關(guān)報道也較少[6]。

本文以PP/SiO2納米復(fù)合材料為研究對象,通過正交實(shí)驗(yàn)研究了注射成型工藝參數(shù)對化學(xué)發(fā)泡PP/SiO2納米復(fù)合材料的泡孔尺寸和泡孔密度的影響規(guī)律和機(jī)理,并分析了主要注射成型工藝參數(shù)對復(fù)合材料力學(xué)性能的影響。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要原料

PP,T30S,工業(yè)級,北京燕山石化股份有限公司;

復(fù)配硅烷偶聯(lián)劑,KH-550/KH-570為7/3,自制;納米SiO2,粒徑為50 nm,杭州萬景新材料有限公司;馬來酸酐接枝PP(PP-g-M A H),CM G9701,寧波能之光新材料科技有限公司;

發(fā)泡母粒、助劑母粒,自制[7]。

1.2 主要設(shè)備及儀器

同向雙螺桿混煉擠出造粒機(jī),SE40A,南京瑞亞高聚物有限公司;

塑料注射成型機(jī),CJ80m3v,廣州震德機(jī)械有限公司;

液晶式擺錘沖擊試驗(yàn)機(jī),ZBC-4B,深圳市新三思計量技術(shù)有限公司;

微機(jī)控制電子萬能試驗(yàn)機(jī),WDW-10C,上海華龍儀器有限公司;

掃描電子顯微鏡(SEM),KYKY-1800B,北京中科儀器有限公司。

1.3 樣品制備

1.3.1 微發(fā)泡復(fù)合材料的制備

將改性后的納米SiO2(10～20份)、PP(75份)和相容劑PP-g-MAH(5份)混合均勻,通過同向雙螺桿擠出機(jī)進(jìn)行混煉擠出,制備納米SiO2增強(qiáng)PP母粒,其工藝參數(shù)如表1所示。

將PP/SiO2納米增強(qiáng)母粒(80份)、發(fā)泡母粒(15份)、發(fā)泡助劑母粒(5份)加入注塑機(jī)中,通過不同工藝用二次開模成型方法[7]制成標(biāo)準(zhǔn)試樣。

表1 PP增強(qiáng)母粒的擠出工藝Tab.1 Process parameters of enhanced PPmasterbatch reactively extruded in a tw in-screw extruder

1.3.2 正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計

聚合物材料發(fā)泡品質(zhì)的結(jié)構(gòu)表征主要有泡孔平均尺寸和泡孔密度,影響微孔發(fā)泡聚合物注射成型品質(zhì)的主要工藝因素是噴嘴溫度、注射壓力、注射速度和冷卻時間[8],因此用正交實(shí)驗(yàn)方法研究化學(xué)法二次開模注射成型制備微發(fā)泡PP/SiO2納米復(fù)合材料的最佳工藝參數(shù)時,選取噴嘴溫度、注射壓力、注射速度、冷卻時間為變化因素。噴嘴溫度變化的位級主要根據(jù)PP的熔融溫度來確定;對于二次開模注射成型制備發(fā)泡聚合物,采取高注射速度、低注射壓力、短的冷卻時間可獲得較好的發(fā)泡效果。正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計如表2所示。

1.4 性能測試與結(jié)構(gòu)表征

泡孔尺寸及泡孔密度的表征:將樣品在液氮溫度下深冷3 h后拿出迅速沖斷,斷口表面噴金后在SEM下觀察并拍照。用Image-p ro圖像處理軟件對泡孔結(jié)構(gòu)進(jìn)行統(tǒng)計計算,統(tǒng)計的泡孔個數(shù)大于100個;泡孔密

表2 正交實(shí)驗(yàn)的因素和水平Tab.2 Facto rs and levels for the orthogonal experiment

度(N0)是每立方厘米中泡孔的個數(shù),按照式(1)、(2)進(jìn)行計算[9]:

式中 N0——泡孔密度,個/cm3

n——統(tǒng)計面積中的泡孔個數(shù)

M——SEM照片放大倍數(shù)

A——電鏡照片中所選擇的統(tǒng)計面積,cm2

Vf——發(fā)泡材料中氣體所占的比例

ρf——發(fā)泡樣品的密度,g/cm3

ρ——未發(fā)泡樣品的密度,g/cm3

采用萬能電子試驗(yàn)機(jī),室溫下按照GB/T 1040—1992測試微發(fā)泡PP復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度;

采用懸臂梁沖擊試驗(yàn)機(jī),室溫下按照GB/T 1843—1996測試微發(fā)泡PP復(fù)合材料的沖擊強(qiáng)度。

2 結(jié)果與討論

2.1 工藝參數(shù)對復(fù)合材料泡孔平均直徑的影響

注射成型工藝參數(shù)對微發(fā)泡PP/SiO2納米復(fù)合材料發(fā)泡品質(zhì)的影響如表3所示。對于發(fā)泡聚合物材料,一般來講,泡孔的平均直徑越小、分布越窄越好,而泡孔密度則是越大越好。

表3 注射成型工藝參數(shù)對泡孔平均直徑的影響的正交分析Tab.3 Orthogonal analysisof the effect of injection p rocessing parameters on cell diameter

從表3可知,工藝參數(shù)的變化對微發(fā)泡PP/SiO2納米復(fù)合材料泡孔平均直徑的影響的順序?yàn)?噴嘴溫度>注射速度>注射壓力>冷卻時間。隨著噴嘴溫度的不斷升高,泡孔的平均直徑先減小再逐漸增大,在175℃的噴嘴溫度下,泡孔平均直徑最小;泡孔的平均直徑隨注射壓力的增加先減小再逐漸增大,在注射壓力為67.5 M Pa時獲得極小值;隨著注射速度的增加,泡孔平均直徑先減小再逐漸增大,在注射速度為95%時獲得極小值;隨著冷卻時間的增加,泡孔直徑總體是先減小再逐漸增大,當(dāng)冷卻時間為35 s時獲得極小值。分析表明,獲得泡孔平均尺寸較小的工藝參數(shù)應(yīng)為適合的噴嘴溫度、較低的注射壓力、冷卻時間和較高的注射速度,實(shí)驗(yàn)范圍內(nèi)的最佳工藝參數(shù)為:噴嘴溫度175℃、注射壓力67.5 M Pa、注射速度95%、冷卻時間為35 s。

為了進(jìn)一步說明實(shí)驗(yàn)范圍內(nèi)工藝參數(shù)的影響,選取了影響較為明顯的噴嘴溫度、注射速度條件下的SEM照片進(jìn)行分析。如圖1(a)所示,微發(fā)泡PP/SiO2納米復(fù)合材料的泡孔平均直徑約為19.2μm,并泡和泡孔的塌陷嚴(yán)重,泡孔平均直徑較大,泡孔密度較小;噴嘴溫度繼續(xù)升高到175℃時,無泡孔塌陷現(xiàn)象,泡孔平均直徑最小約為15.71μm,如圖1(b)所示;溫度為180℃時,并泡和泡孔塌陷現(xiàn)象明顯,泡孔平均直徑最小約為18.69μm,其原因是較高的溫度將會導(dǎo)致PP/SiO2復(fù)合材料的熔體黏度降低,泡孔內(nèi)的氣體壓力增大,易使氣體從表面溢出并促使相鄰的泡孔并泡長大,從而導(dǎo)致泡孔平均直徑增大和泡孔密度的減小,如圖1(c)所示;當(dāng)溫度達(dá)到185℃時,從泡孔結(jié)構(gòu)看,有較為明顯的泡孔塌陷現(xiàn)象,泡孔平均直徑最大約為21.5μm,而且泡孔形狀不規(guī)則,其原因是當(dāng)溫度達(dá)到185℃時,復(fù)合材料的熔體強(qiáng)度大大降低,泡孔長大時由于泡孔內(nèi)的氣體壓力增大導(dǎo)致無方向性長大。因此,噴嘴溫度對微發(fā)泡PP/SiO2納米復(fù)合材料發(fā)泡品質(zhì)的影響存在最佳的溫度范圍,該溫度范圍與PP/SiO2納米復(fù)合材料的熔體強(qiáng)度和泡孔內(nèi)的氣體壓力有關(guān)。綜上所述,在不考慮其他因素情況下,噴嘴溫度為175℃時,微發(fā)泡PP/SiO2納米復(fù)合材料的泡孔結(jié)構(gòu)較好。

如圖2(a)所示,注射速度為95%時,微發(fā)泡PP/SiO2納米復(fù)合材料的泡孔平均直徑為17.93μm,無并泡和泡孔塌陷現(xiàn)象,其機(jī)理是在相同的熔體注射量的條件下,注射速度的增加必然是提高注射壓力的結(jié)果,因此,泡孔增長的空間減小,而氣體在聚合物中的濃度等條件并沒有變化,因此認(rèn)為泡孔長大的驅(qū)動力沒有改變,綜合這些條件,泡孔平均半徑應(yīng)該是減小的。此外,在其他工藝條件不變的情況下,在實(shí)際加工中如果提高注射速度注射更多的熔體,則推動聚合物/氣體熔體前進(jìn),有產(chǎn)生更多均勻泡核的趨勢,泡孔平均尺寸也會變小。隨著注射速度的減小,從95%減小到80%時,有并泡和泡孔塌陷現(xiàn)象,泡孔平均直徑逐漸增大,注射速度為80%時泡孔平均直徑為19.12μm,如圖2(b)、(c)、(d)所示;其原因是注射速度較小時,在相同注射時間下熔體注射量減小,泡孔增長的空間增大,而氣體在聚合物中的濃度等條件并沒有變化,因而泡孔平均直徑增加。因此,在不考慮其他因素的情況下,注射速度為95%時,微發(fā)泡PP/SiO2納米復(fù)合材料的泡孔結(jié)構(gòu)較好,發(fā)泡品質(zhì)較理想。

圖1 不同溫度時微發(fā)泡PP/SiO2納米復(fù)合材料的SEM照片F(xiàn)ig.1 SEM photographs for the PP/SiO2 microcellular nanocomposites at different nozzle temperatures

圖2 不同注射速度時微發(fā)泡PP/SiO2納米復(fù)合材料的SEM照片F(xiàn)ig.2 SEM photographs for the PP/SiO2 microcellular nanocomposites at different injection velocity

2.2 工藝參數(shù)對復(fù)合材料泡孔密度的影響

注射成型工藝參數(shù)對微發(fā)泡PP/SiO2納米復(fù)合材料發(fā)泡品質(zhì)的影響如表4所示。由表4泡孔密度的極差分析結(jié)果可知,注射成型工藝參數(shù)對微發(fā)泡PP/SiO2納米復(fù)合材料泡孔密度的影響的順序?yàn)?噴嘴溫度>注射速度>冷卻時間>注射壓力。隨著噴嘴溫度的不斷升高,泡孔密度先增大再逐漸減小,當(dāng)噴嘴溫度為175℃時,泡孔密度最大;隨著注射速度的減小,泡孔密度總體呈減小趨勢,當(dāng)注射速度為95%時取得極大值;隨著冷卻時間的增加,泡孔密度先增加后逐漸減小,當(dāng)冷卻時間為35 s時獲得極大值;隨著注射壓力的不斷升高,泡孔密度先增大再逐漸減小,當(dāng)注射壓力為67.5 M Pa時,泡孔密度最大。在實(shí)驗(yàn)范圍內(nèi)的最佳工藝參數(shù)為:噴嘴溫度175℃、注射壓力67.5 M Pa、注射速度95%、冷卻時間35 s。

由于影響泡孔品質(zhì)的工藝參數(shù)較多,除了噴嘴溫度、注射速度外,注射壓力和冷卻時間的影響也不可忽視。如圖3(a)所示,注射壓力為60.75 M Pa時,泡孔平均直徑較大,為20.12μm,其原因是泡孔內(nèi)外壓力差較大,泡孔在長大過程中向各方向的膨脹速度較快而導(dǎo)致泡孔平均直徑較大;同時,在氣泡生長過程中,由于泡孔內(nèi)外壓力差較大,當(dāng)兩個氣泡尺寸相差較大時,由于氣泡內(nèi)氣體壓力的不同,而使氣泡間的熔體薄膜破裂,導(dǎo)致氣泡合并;注射壓力增大到67.5 M Pa時,泡孔內(nèi)外壓力差減小而阻礙泡孔的長大,因而得到如圖3(b)所示的較小泡孔平均直徑;隨著注射壓力的進(jìn)一步增大,壓力提高導(dǎo)致氣體在熔體中的溶解度必定增加,但氣體在熔體中的擴(kuò)散程度降低而導(dǎo)致大量泡孔聚集在一起,如果兩個氣泡尺寸相似,會在界面張力的作用下趨于合并,甚至出現(xiàn)泡孔塌陷,最終泡孔平均直徑增加,如圖3(c)、(d)所示。綜上所述,在不考慮其他因素的情況下,注射壓力為67.5 M Pa時,發(fā)泡品質(zhì)較理想。

表4 注射成型工藝參數(shù)對泡孔密度的影響的正交分析Tab.4 Orthogonal analysis of the effect of injection p rocessing parameters on cell density

圖3 不同注射壓力時微發(fā)泡PP/SiO2納米復(fù)合材料的SEM照片F(xiàn)ig.3 SEM photographs for the microcellular PP/SiO2 nanocomposites at different injection pressures

如圖4(a)所示,注射時間為30 s時,微發(fā)泡PP/SiO2納米復(fù)合材料的泡孔平均直徑較大,泡孔形狀不規(guī)則,有并泡現(xiàn)象,這可能是因?yàn)榕菘组L大過程中由于注射時間較短,材料從芯部到表層的熔體來不及冷卻而導(dǎo)致熔體強(qiáng)度降低,氣泡長大的驅(qū)動力增大而使泡孔平均直徑增大;隨著注射時間的增加,如圖4(b)所示,材料的熔體強(qiáng)度達(dá)到泡孔長大的理想范圍,此時氣泡長大的驅(qū)動力轉(zhuǎn)變?yōu)樽枇Χ璧K泡孔長大,因而獲得細(xì)小的泡孔平均直徑;當(dāng)注射時間為40、45 s時,并泡和泡孔塌陷現(xiàn)象嚴(yán)重,可能是由于材料在機(jī)筒中的停留時間過長而導(dǎo)致過發(fā)泡,因而獲得的泡孔平均直徑較大,如圖4(c)、(d)所示。綜合來說,注射時間為35 s時,PP/SiO2納米復(fù)合材料的泡孔結(jié)構(gòu)較好,發(fā)泡品質(zhì)較理想。

圖4 不同冷卻時間時微發(fā)泡PP/SiO2納米復(fù)合材料的SEM照片F(xiàn)ig.4 SEM photographs for the microcellular PP/SiO2 nanocomposites at different cooling times

根據(jù)以上對泡孔品質(zhì)的分析可知,獲得泡孔平均直徑細(xì)小、均勻致密的微發(fā)泡PP/SiO2納米復(fù)合材料與熔體黏度密切相關(guān),而溫度、壓力對熔體黏度的影響極大;因此采用了Cross黏度模型[10-11]進(jìn)行分析:

式中 η——熔體黏度,Pa·s

η0——零剪切黏度,Pa·s

n——冪律指數(shù)

τ＊——臨界剪切應(yīng)力,M Pa

f(φ)——?dú)怏w的體積分?jǐn)?shù),%

γ＊——形變速率張量

由式(3)可知,黏度對溫度和壓力的依賴關(guān)系可間接地由函數(shù)η0(T,P)來表達(dá),一般用WLF函數(shù):

式中 D1、D2、D3——模型參數(shù)

a——經(jīng)驗(yàn)值,取a=2

T0——初始溫度,℃

T——噴嘴溫度,℃

從Cross黏度模型中的式(6)可知,對于給定的發(fā)泡劑加入到PP/SiO2納米復(fù)合材料中,其他條件不變,f(φ)為定值;在式(3)中n、τ＊、γ＊為常數(shù),η值的大小可由η0的值間接地給出,即黏度η值的大小主要決定于式(4)和式(5)。

由(4)式和(5)式可知,若T0不變,即微發(fā)泡過程中注射壓力P不變,PP/SiO2納米復(fù)合材料的熔體黏度η值隨噴嘴溫度的增加而降低,溫度為175℃時,熔融的PP/SiO2納米復(fù)合材料能保持較高的η,氣體膨脹時不易導(dǎo)致泡孔的并泡和塌陷,從而制備出泡孔平均直徑較小和泡孔密度較大的微發(fā)泡PP/SiO2納米復(fù)合材料。隨噴嘴溫度的升高,在180、185℃時,復(fù)合材料的η逐漸降低而導(dǎo)致泡孔的并泡和塌陷現(xiàn)象(如圖1所示),因此,就噴嘴溫度而言,175℃時復(fù)合材料的泡孔品質(zhì)較好;若T0不變,由式(5)可知,T0隨注射壓力(P)的增加而增加,復(fù)合材料的η值隨噴嘴溫度的增加而增加,P=60.75 M Pa時,η值較低,氣體膨脹時易導(dǎo)致泡孔的并泡而導(dǎo)致大泡孔,同時泡孔的塌陷現(xiàn)象嚴(yán)重[如圖2(a)所示];當(dāng)P增加到67.5 M Pa時,η值增加達(dá)到氣體膨脹的理想值,而且此時的泡孔內(nèi)外壓力差減小而阻礙泡孔的長大,因而得到圖2(b)所示的較小泡孔平均直徑;隨著P進(jìn)一步增大為74.25、81 M Pa時,η值增加過大,氣體在熔體中的擴(kuò)散程度降低而導(dǎo)致大量泡孔聚集在一起,如圖2(c)、(d)所示。在不考慮其他因素的情況下,P為67.5 M Pa時,微發(fā)泡PP/SiO2納米復(fù)合材料的泡孔結(jié)構(gòu)較好,發(fā)泡品質(zhì)較理想。

綜上所述,從注射工藝參數(shù)對微發(fā)泡PP/SiO2納米復(fù)合材料泡孔品質(zhì)的影響來看,同前面泡孔平均尺寸和泡孔密度的分析相吻合,即實(shí)驗(yàn)范圍內(nèi)的最佳工藝參數(shù)為:噴嘴溫度175℃、注射壓力67.5 M Pa、注射速度95%、冷卻時間35 s。

2.3 工藝參數(shù)對復(fù)合材料力學(xué)性能的影響

無論泡孔平均直徑怎樣小,倘若微發(fā)泡PP/SiO2納米復(fù)合材料的綜合性能不能提高,都是沒有多大意義的。因此,本文測試了復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度和沖擊強(qiáng)度,但由于影響因素較多,這里只討論主要因素(噴嘴溫度和注射速度)對力學(xué)性能的影響。從圖5(a)可以看出,隨著溫度的增加,拉伸強(qiáng)度先減小再增大,175℃時最小,為26.1 M Pa,170℃時最大,為26.7 M Pa;說明溫度的變化對拉伸強(qiáng)度的影響較小,泡孔平均直徑的大小對拉伸強(qiáng)度基本無影響。如圖5(b)所示,隨著溫度的增加,沖擊強(qiáng)度先增加后減小,175℃時最大,為5.251 kJ/m2,180℃時最小,為4.328 kJ/m2,泡孔平均直徑的大小對沖擊強(qiáng)度影響較大。其機(jī)理為致密而細(xì)小的泡孔使裂紋尖端鈍化作用顯著,基體變形大,需消耗大量的能量,從而大大提高材料的韌性;同時,細(xì)小微孔的存在,使材料受到?jīng)_擊時,在微孔的周圍,尤其是在微孔赤道附近會引發(fā)大量銀紋,大量銀紋的產(chǎn)生和發(fā)展要消耗大量的能量[12],因而,175℃時泡孔平均直徑最小,沖擊強(qiáng)度最大。

圖5 溫度對微發(fā)泡PP/SiO2納米復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度和沖擊強(qiáng)度的影響Fig.5 Effect of temperature on the tensile strength and impact strength of microcellular PP/SiO2 nanocomposites

從圖6(a)可知,隨著注射速度的增加,拉伸強(qiáng)度變化平緩,在26.24～26.8 M Pa之間。而由圖6(b)可知,隨著注射速度的增加,沖擊強(qiáng)度逐漸升高,注射速度95%時最大,為5.45 kJ/m2,說明較大的注射速度可得到理想的沖擊強(qiáng)度。其原因是較大的注射速度時泡孔平均直徑較小,無并泡和泡孔塌陷現(xiàn)象[如圖2(a)所示];材料受到?jīng)_擊時,同樣程度的載荷,大泡孔開始發(fā)生取向變形,小泡孔仍保持原樣,增加了基體的受約束程度;同時細(xì)小微孔的周圍受力時為平面應(yīng)力狀態(tài),裂紋擴(kuò)展的抗力較高,阻止了裂紋的進(jìn)一步發(fā)展,因而沖擊強(qiáng)度較大。

圖6 注射速度對微發(fā)泡PP/SiO2納米復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度和沖擊強(qiáng)度的影響Fig.6 Effect of injection velocity on the tensile strength and impact strength of microcellular PP/SiO2 nanocomposites

3 結(jié)論

(1)化學(xué)發(fā)泡注射成型制備微發(fā)泡PP/SiO2納米復(fù)合材料時,影響發(fā)泡行為的最主要因素是噴嘴溫度,其次為注射速度;

(2)實(shí)驗(yàn)范圍內(nèi)的最佳工藝參數(shù)為:噴嘴溫度175℃、注射壓力67.5 M Pa、注射速度95%、冷卻時間35 s;

(3)噴嘴溫度和注射速度對微發(fā)泡PP/SiO2納米復(fù)合材料拉伸強(qiáng)度的影響不大,對沖擊強(qiáng)度的影響較大。

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Effect of Injection Molding Parameters on Foam ing Behavior and Mechanical Properties of Microcellular PP/SiO2Nanocomposites

GONGWei1,2,3,GAO Jiacheng1,HE Li3＊,YU Jie3,ZHENG Huan2,HE Ying2

(1.College of Materials Science and Engineering,Chongqing University,Chongqing 400030,China;2.Department of Material and Building Engineering,Guizhou Normal University,Guiyang 550014,China;3.National Engineering Research Center for Compounding and Modification Polymeric Materials,Guiyang 550014,China)

The effect of nozzle temperature,pressure,velocity,and cooling time on the cell size,cell density,and mechanical properties of chemically foamed PP/SiO2nanocomposites were studied through orthogonal experiments.The Image-pro software was used to count the cell number and calculate the cell size.It was found that the nozzle temperature was the most important factor,injection velocity was the second.The optimal injection processing parameters were nozzle temperature 175℃,injection pressure 67.5 MPa,injection velocity 95%,and cooling time 35 s,by which an impact strength of 5.45 kJ/m2,an average cell diameter of 15.71μm,a cell density of 9.8×106cell/cm3were obtained.

polypropylene;silica;nanocomposite;microcellular;injection molding;processing parameter

TQ325.1+4

B

1001-9278(2010)02-0066-07

2009-09-28

貴州省自然基金項目[黔科合J字(2009)2020]、國家973前期項目(2007CB616912)

＊聯(lián)系人,p rclihe@163.com