成型加工過(guò)程中聚合物的連續(xù)自增強(qiáng)*

楊智韜 殷小春 瞿金平

(華南理工大學(xué) 聚合物新型成型裝備國(guó)家工程研究中心∥聚合物成型加工工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 廣州 510640)

高性能高分子材料一直被視為未來(lái)材料市場(chǎng)的主導(dǎo)，要得到高性能的高分子材料主要通過(guò)兩種途徑.一種為“外增強(qiáng)”，也稱“添加劑增強(qiáng)”，即通過(guò)添加纖維或無(wú)機(jī)粒子等方法來(lái)提高高分子材料的強(qiáng)度和模量;另一種為“內(nèi)增強(qiáng)”，也稱“自增強(qiáng)”，是指通過(guò)物理方法(如通過(guò)改變成型加工條件等來(lái)控制材料的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)，改善傳統(tǒng)成型加工方法所造成的聚合物材料中高分子結(jié)構(gòu)的薄弱環(huán)節(jié))使聚合物材料得到內(nèi)在增強(qiáng)的效應(yīng)，從而提高材料的力學(xué)性能［1-2］.對(duì)于添加劑增強(qiáng)方式而言，盡管當(dāng)前復(fù)合材料的發(fā)展日新月異，卻始終避免不了兩個(gè)問(wèn)題——界面問(wèn)題和材料回收問(wèn)題，前者制約其加工應(yīng)用，后者則制約著資源的可持續(xù)發(fā)展.高分子材料自增強(qiáng)加工方法在提升材料綜合性能的同時(shí)可實(shí)現(xiàn)高分子材料的少污染綠色加工，因此越來(lái)越受到人們的重視［3］.

在不使用添加劑增強(qiáng)的情況下，如何應(yīng)用高分子材料的加工方法和加工工藝來(lái)挖掘高分子材料的自身性能潛力成了高分子材料自增強(qiáng)研究的關(guān)鍵問(wèn)題.所謂聚合物加工過(guò)程的連續(xù)自增強(qiáng)，指的是在聚合物加工過(guò)程中不僅僅只是利用特殊設(shè)計(jì)模頭或者在流道中設(shè)置某一特殊增強(qiáng)元件來(lái)使聚合物材料得到內(nèi)在增強(qiáng)的效應(yīng)，而是應(yīng)用新的方法和設(shè)備使聚合物在加工全過(guò)程受某一特殊應(yīng)力場(chǎng)作用，大幅提升聚合物材料內(nèi)部無(wú)規(guī)則排列的大分子鏈取向，使聚合物生成伸直鏈晶體結(jié)構(gòu)或構(gòu)造剛性結(jié)構(gòu)作為材料自身的增強(qiáng)相，從而提高材料的力學(xué)性能.區(qū)別于應(yīng)用特殊口模的局部自增強(qiáng)加工，聚合物連續(xù)自增強(qiáng)更適用于實(shí)際加工生產(chǎn).文中重點(diǎn)闡述振動(dòng)力場(chǎng)及拉伸形變作用下的聚合物連續(xù)自增強(qiáng)加工方法和設(shè)備，以及連續(xù)自增強(qiáng)機(jī)理，揭示連續(xù)自增強(qiáng)方法加工的聚合物制品力學(xué)性能與微觀形態(tài)的變化，促進(jìn)基于振動(dòng)力場(chǎng)及拉伸形變作用的連續(xù)自增強(qiáng)方法的推廣應(yīng)用.

1 加工過(guò)程中聚合物的局部自增強(qiáng)

20 世紀(jì)70 年代末，Odell 等［4-5］采用毛細(xì)管擠出口模的Instron 流變儀成型PE 細(xì)絲，得到的細(xì)絲長(zhǎng)50 mm、直徑為0.8 mm，細(xì)絲擠出方向的模量高達(dá)50～90 GPa，結(jié)晶度超過(guò)80%;他們的工作推翻了“柔性高聚物要獲得高模量?jī)?nèi)部必須形成大量的片晶”和“不能直接用熔相成型方法獲得高模量柔性高分子材料”的定論，為熔相成型自增強(qiáng)高聚物做了開(kāi)創(chuàng)性的工作.Pornnimit 等［6］研究了連續(xù)擠出成型下聚合物的自增強(qiáng)，他們?cè)谄胀ǖ膯温輻U擠出機(jī)上安裝了一個(gè)錐形口模(拉伸比為25/1，錐形流道的收斂角為90°)，使聚合物熔體在口模內(nèi)形成拉伸流動(dòng)誘導(dǎo)分子取向.Casulli 等［7］研究了在擠出機(jī)出口的口模部分疊加縱向和橫向振動(dòng)對(duì)聚合物熔體擠出過(guò)程和制品性能的影響，結(jié)果表明，疊加振動(dòng)后顯著提高了擠出物的機(jī)械性能，削弱了出口的擠出脹大，斷裂伸長(zhǎng)率可增大150%，拉伸強(qiáng)度可增大70%.Fridman 等［8］通過(guò)擠出機(jī)機(jī)頭內(nèi)的螺旋芯棒以一定頻率往復(fù)旋轉(zhuǎn)，將這種低頻小振幅振動(dòng)引入機(jī)頭，結(jié)果發(fā)現(xiàn)擠出特性得以明顯改善:隨著振幅的增大，機(jī)頭壓力可下降20%～30%，單位時(shí)間的產(chǎn)量可提高1.4～2.0 倍，單位能耗相應(yīng)減小.

國(guó)內(nèi)的學(xué)者在高分子材料自增強(qiáng)研究方面也取得了一定的進(jìn)展.Huang［9］利用圓形與楔形兩種收斂流道機(jī)頭，采用普通φ20 mm 單螺桿擠出機(jī)，通過(guò)誘導(dǎo)結(jié)晶的方法制備了自增強(qiáng)HDPE 棒材(直徑5 mm);同時(shí)在機(jī)頭壓力為40 MPa 時(shí)，制備的HDPE 片材拉伸強(qiáng)度的最大值達(dá)229.2MPa(為普通試樣的8.2 倍)，平均值為192.22 MPa.申開(kāi)智等［10］在聚合物材料自增強(qiáng)方面做了大量的研究工作，他們采用普通擠出設(shè)備，使用自增強(qiáng)片材機(jī)頭，于單向拉伸應(yīng)力場(chǎng)中實(shí)現(xiàn)了PP片材的雙向自增強(qiáng)，縱向拉伸強(qiáng)度提高了6.33 倍，橫向拉伸強(qiáng)度提高了近1 倍;同時(shí)，他們還采用旋轉(zhuǎn)芯棒模頭使物料在擠出過(guò)程中順序通過(guò)周向剪切應(yīng)力場(chǎng)和軸向拉伸應(yīng)力場(chǎng)(如圖1 所示)，在加工無(wú)規(guī)共聚聚丙烯管材過(guò)程中，自增強(qiáng)管材軸向強(qiáng)度從常規(guī)管材的23.35 MPa最高增強(qiáng)到25.49 MPa(提高了9.2%)，周向強(qiáng)度從常規(guī)管材的22.71 MPa 最高增強(qiáng)到26.54 MPa(提高了16.9%).

圖1 剪切拉伸雙向復(fù)合應(yīng)力場(chǎng)擠出模頭［10］Fig.1 Extrusion die applied two-direction complex shear and elongation stress field［10］

當(dāng)前國(guó)內(nèi)外對(duì)于高分子材料自增強(qiáng)加工的研究均取得了良好的進(jìn)展，為聚合物自增強(qiáng)提供了很好的途徑，但這些相關(guān)研究的自增強(qiáng)設(shè)計(jì)主要集中在口模部分(即通過(guò)一些特殊設(shè)計(jì)的口模實(shí)現(xiàn)聚合物熔體取向增強(qiáng)，從而實(shí)現(xiàn)聚合物熔體乃至制品的自增強(qiáng))，這就使其存在實(shí)際加工適應(yīng)性窄、自增強(qiáng)效果不穩(wěn)定等缺點(diǎn)，所以目前更多地停留在實(shí)驗(yàn)室階段.

2 加工過(guò)程中聚合物的連續(xù)自增強(qiáng)

與傳統(tǒng)加工相比較，聚合物加工過(guò)程的連續(xù)自增強(qiáng)能實(shí)現(xiàn)聚合物凝聚態(tài)結(jié)構(gòu)、分子鏈取向、力學(xué)性能、表面質(zhì)量等綜合特性的提升;與聚合物加工局部自增強(qiáng)相比較，具有自增強(qiáng)效果穩(wěn)定、加工適應(yīng)性廣、更適合工業(yè)化生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn).

振動(dòng)力場(chǎng)與拉伸力場(chǎng)在聚合物加工中的應(yīng)用一直是實(shí)現(xiàn)聚合物自增強(qiáng)的主要手段，然而，長(zhǎng)期以來(lái)振動(dòng)力場(chǎng)以及拉伸力場(chǎng)作用下的動(dòng)態(tài)流場(chǎng)與拉伸流場(chǎng)在實(shí)際加工過(guò)程中的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)一直是困擾其推廣應(yīng)用的難題，因此，如何將振動(dòng)力場(chǎng)或拉伸力場(chǎng)應(yīng)用于聚合物加工全過(guò)程，是最終實(shí)現(xiàn)聚合物在加工過(guò)程中的連續(xù)自增強(qiáng)的關(guān)鍵問(wèn)題.

2.1 振動(dòng)力場(chǎng)作用下的聚合物連續(xù)自增強(qiáng)

瞿金平等［11-14］提出了塑料動(dòng)態(tài)塑化加工新方法并發(fā)明了相應(yīng)的裝備(如圖2 所示)，使螺桿式加工成型機(jī)械的螺桿在轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)還做軸向周期性振動(dòng)，將振動(dòng)力場(chǎng)應(yīng)用于聚合物加工過(guò)程中熔融塑化、保壓、注射等全過(guò)程，實(shí)現(xiàn)了塑料加工全過(guò)程的動(dòng)態(tài)剪切形變支配.振動(dòng)力場(chǎng)強(qiáng)化了聚合物加工中的物理和化學(xué)現(xiàn)象，不僅可以改變聚合物熔體的流變性能，而且對(duì)聚合物制品的凝聚態(tài)結(jié)構(gòu)、力學(xué)性能、表面質(zhì)量等都有重大的影響，最終可實(shí)現(xiàn)高分子材料的自增強(qiáng).

圖2 聚合物動(dòng)態(tài)塑化加工示意圖［12］Fig.2 Sketch of polymer vibration plasticization processing［12］

在螺桿加工成型過(guò)程中引入振動(dòng)，會(huì)對(duì)高分子材料成型過(guò)程產(chǎn)生一系列影響.振動(dòng)力場(chǎng)能量的引入并不是能量的簡(jiǎn)單疊加，而是利用高分子材料成型過(guò)程在振動(dòng)力場(chǎng)作用下表現(xiàn)出來(lái)的非線性特性，降低成型過(guò)程能耗，提高聚合物制品的綜合性能.振動(dòng)力場(chǎng)作用下表觀黏度與頻率的關(guān)系如圖3 所示.從圖中可見(jiàn)，通過(guò)增加應(yīng)變振幅或振動(dòng)頻率，聚合物熔體黏度下降，并且存在使聚合物熔體表觀黏度下降幅度最大的最佳應(yīng)變振幅和最佳頻率.

圖3 振動(dòng)力場(chǎng)作用下表觀黏度與頻率的關(guān)系［12］Fig.3 Relationship between apparent viscosity and frequency in vibration force field［12］

在運(yùn)用動(dòng)態(tài)擠出機(jī)制備HDPE 片材時(shí)發(fā)現(xiàn)，振動(dòng)擠出片材的綜合性能也得到較大地提高［15］，HDPE 片材的橫向拉伸強(qiáng)度提高了20%，同時(shí)測(cè)試發(fā)現(xiàn)沖擊強(qiáng)度提高提高了80%;對(duì)振動(dòng)塑化加工成型的HDPE 片材進(jìn)行DSC 分析，熔融峰值tm由穩(wěn)態(tài)時(shí)的132.9 ℃提高到136.3 ℃，結(jié)晶度Xc可由52.7%提高到58.2%.陳開(kāi)源等［16］運(yùn)用電磁動(dòng)態(tài)塑化擠出機(jī)擠出聚丙烯(PP)管材，通過(guò)爆破壓力測(cè)試、拉伸性能測(cè)試研究了振動(dòng)頻率和振幅對(duì)PP 管材結(jié)構(gòu)與力學(xué)性能的影響，制備的PP 管材爆破壓力的最大值達(dá)4.7 MPa，提高了27.03%;拉伸強(qiáng)度隨振動(dòng)頻率和振幅的增加而升高，相對(duì)于穩(wěn)態(tài)加工，拉伸強(qiáng)度最大提高了7.3%.

在聚合物加工自增強(qiáng)過(guò)程中，高分子鏈的取向與解取向一直是制品能否實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)的兩個(gè)關(guān)鍵因素.在制品冷卻過(guò)程解取向作用相同的情況下，如何在塑化加工過(guò)程中盡可能大地提升高分子鏈取向、從而最終提高制品性能，是聚合物加工自增強(qiáng)的關(guān)鍵問(wèn)題.在動(dòng)態(tài)加工過(guò)程中，由于螺桿的周向旋轉(zhuǎn)和軸向振動(dòng)，聚合物熔體受到復(fù)合應(yīng)力作用，在螺槽中不僅受到螺槽周向剪切力作用，也受到軸向往復(fù)振動(dòng)剪切力作用，聚合物熔體大分子或鏈段除了沿流動(dòng)方向外還有其他方向的取向作用，形成平面二維取向效應(yīng)，效果近似于雙向拉伸作用，使聚合物熔體大分子之間形成一種近似網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)，從而最終實(shí)現(xiàn)聚合物制品的增強(qiáng)效果.筆者及所在課題組對(duì)振動(dòng)力場(chǎng)影響PP 制品取向結(jié)構(gòu)的機(jī)理進(jìn)行了分析，研究了振動(dòng)力場(chǎng)影響下制品取向函數(shù)與拉伸強(qiáng)度的變化規(guī)律，發(fā)現(xiàn)振動(dòng)力場(chǎng)能夠顯著提高制品芯層的取向，縮小制品皮/芯層之間的取向差異(如圖4、5所示)，從總體上提高制品取向，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)綜合力學(xué)性能的提升，實(shí)現(xiàn)聚合物制品的自增強(qiáng).

圖4 振動(dòng)力場(chǎng)作用下樣品皮層和芯層取向函數(shù)隨振幅的變化［17］Fig.4 Orientation function of cortexa and core layers of samples changing with amplitude in vibration force field［17］

圖5 振動(dòng)力場(chǎng)作用下樣品皮層和芯層取向函數(shù)隨振動(dòng)頻率的變化［17］Fig.5 Orientation function of cortexa and core layers of samples changing with frequency in vibration force field［17］

綜上所述，振動(dòng)力場(chǎng)實(shí)現(xiàn)聚合物成型制品的自增強(qiáng)，一方面是由于振動(dòng)力場(chǎng)使聚合物中的結(jié)晶結(jié)構(gòu)細(xì)化，有利于提高成型制件的力學(xué)性能;另一方面是由于振動(dòng)力場(chǎng)提升了聚合物的取向結(jié)構(gòu)，使成型制品的綜合力學(xué)性能提高.

2.2 基于拉伸流變的聚合物連續(xù)自增強(qiáng)

聚合物動(dòng)態(tài)成型加工方法在一定程度上縮短了成型加工過(guò)程中物料所經(jīng)歷的熱機(jī)械歷程，提高了制品的取向結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了制品的無(wú)填充增強(qiáng)，但塑料振動(dòng)剪切動(dòng)態(tài)加工成型在加工本質(zhì)上還是基于剪切流變的螺桿塑化輸運(yùn)機(jī)理，沒(méi)有從根本上解決塑化輸運(yùn)能力依賴于物料外摩擦力和內(nèi)摩擦力的問(wèn)題，對(duì)于制品而言，自增強(qiáng)的空間也很有限.

在聚合物的塑化輸運(yùn)過(guò)程中，拉伸流場(chǎng)相對(duì)于剪切流場(chǎng)是一種更加高效低耗的加工途徑，前文提到的對(duì)擠出模頭裝置進(jìn)行的一些特殊改進(jìn)，能使熔體在通過(guò)擠出模頭的過(guò)程中受拉伸形變影響，從而實(shí)現(xiàn)制品綜合性能的提高，但由于設(shè)備工藝的限制，拉伸流場(chǎng)很難在實(shí)際加工全過(guò)程得到應(yīng)用［18-20］.瞿金平及其研究團(tuán)隊(duì)［21-23］提出的基于拉伸流變的聚合物葉片塑化輸運(yùn)方法解決了這一難題;其發(fā)明的塑料拉伸形變動(dòng)態(tài)加工成型設(shè)備的結(jié)構(gòu)如圖6 所示.由圖6 可見(jiàn)，葉片擠出機(jī)由若干組葉片塑化輸運(yùn)單元組成，轉(zhuǎn)子置于定子內(nèi)腔，并與定子偏心;轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，置于轉(zhuǎn)子直徑上的一對(duì)葉片由于受定子內(nèi)表面約束在轉(zhuǎn)子徑向矩形截面通孔內(nèi)往復(fù)移動(dòng);轉(zhuǎn)子外表面、定子內(nèi)表面、兩葉片和置于定子兩端的擋板組成了確定幾何形狀的空間，它們的容積可以依次由小到大再由大到小周期性變化，容積變大時(shí)通過(guò)側(cè)面擋板的進(jìn)料口納入物料，容積變小時(shí)壓實(shí)、塑化并通過(guò)另一側(cè)擋板的出料口排出物料.區(qū)別于基于剪切流變的常規(guī)的螺桿塑化方法，聚合物葉片塑化輸運(yùn)方法實(shí)現(xiàn)了物料塑化混合全過(guò)程的體積拉伸形變控制.

圖6 基于拉伸形變的聚合物葉片塑化加工設(shè)備結(jié)構(gòu)［22］Fig.6 Configuration of polymer vane plasticization processing equipment based on elongational deformation［22］

由于定子與轉(zhuǎn)子的中心存在一定的偏心距，物料于葉片單元塑化輸運(yùn)過(guò)程中在軸向向前輸送的同時(shí)還存在周向流動(dòng)，如果將葉片單元展開(kāi)，可以近似得到如圖7 所示的楔形流道.

圖7 葉片塑化單元中拉伸流場(chǎng)的形成過(guò)程Fig.7 Formation process of elongation flow in vane plasticization unit

物料在塑化輸運(yùn)過(guò)程中將形成拉伸流動(dòng)，楔形流道的收斂角隨轉(zhuǎn)子與定子偏心量的增大而增大，拉伸流場(chǎng)強(qiáng)度隨偏心距及轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的增大而提高［21］，高分子鏈的取向?qū)⑹芾炝鲌?chǎng)控制支配.因?yàn)槔鞈?yīng)力場(chǎng)對(duì)聚合物大分子鏈的取向的影響大于剪切力場(chǎng)，在同一流場(chǎng)中拉伸流動(dòng)所導(dǎo)致的取向通常比剪切流動(dòng)大幾個(gè)數(shù)量級(jí)［24］，所以，相對(duì)于剪切流場(chǎng)支配下的塑化輸運(yùn)過(guò)程，拉伸流場(chǎng)對(duì)物料中高分子鏈取向提高、晶體結(jié)構(gòu)優(yōu)化等影響制品綜合力學(xué)性能的關(guān)鍵因素的影響具有明顯優(yōu)勢(shì).

使用螺桿直徑φ45 mm 的螺桿擠出機(jī)與轉(zhuǎn)子直徑φ40 mm 的葉片擠出機(jī)加工PP 片材和PP/CaCO3片材，加工參數(shù)(溫度、模頭、物料牌號(hào)、干燥時(shí)間、產(chǎn)量等)完全相同，對(duì)兩種加工設(shè)備在相同產(chǎn)量下的制品進(jìn)行力學(xué)性能測(cè)試［21］.圖8、9 為螺桿塑化擠出與葉片塑化擠出的PP 制品的拉伸強(qiáng)度及斷裂伸長(zhǎng)率隨產(chǎn)量的變化.

圖8 葉片塑化擠出與螺桿塑化擠出加工的PP 樣品的拉伸強(qiáng)度［21］Fig.8 Tensile strength of PP samples processed by vane plasticization extruder and screw plasticization extruder［21］

圖9 葉片塑化擠出與螺桿塑化擠出加工的PP 樣品的斷裂伸長(zhǎng)率［21］Fig.9 Breaking elongation of PP samples processed by vane plasticization extruder and screw plasticization extruder［21］

從圖中可以看出，葉片塑化擠出的PP 片材不論是拉伸強(qiáng)度還是斷裂伸長(zhǎng)率均比螺桿擠出的片材有一定程度的提高，葉片塑化擠出的PP 片材相對(duì)于螺桿擠出的片材拉伸強(qiáng)度最多提高了15%.這說(shuō)明，相對(duì)于剪切流場(chǎng)控制下的螺桿塑化擠出方法，拉伸流場(chǎng)支配作用下的葉片塑化擠出方法能明顯提升制品的力學(xué)性能，使分子鏈、鏈段、晶片和晶帶排列更規(guī)整，實(shí)現(xiàn)聚合物加工過(guò)程的連續(xù)自增強(qiáng).

圖10、11 分別為螺桿塑化擠出和葉片塑化擠出16%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))納米CaCO3(初始粒徑8000 目)填充PP 體系的脆斷面的SEM 圖.從圖10 可以看出:在填充量比較高的情況下，微觀粒子粒徑很大，與基體結(jié)合不好，這主要是由于在螺桿剪切流場(chǎng)中高的填充比使得納米粒子出現(xiàn)了重新團(tuán)聚;而對(duì)于葉片塑化擠出來(lái)說(shuō)，由于葉片加工過(guò)程中拉伸流場(chǎng)的存在，微觀粒子表現(xiàn)出分散混合均勻性好、與基體結(jié)合緊密等特點(diǎn).由圖11 可見(jiàn)，填充粒子尺寸分布于80～250 nm之間，在聚合物基體中分布尺度窄.

圖10 螺桿塑化擠出加工的PP/納米CaCO3樣品的SEM 照片［21］Fig.10 SEM image of PP/nano-CaCO3 sample processed by screw plasticization extruder［21］

圖11 葉片塑化擠出加工的PP/納米CaCO3樣品的SEM 照片［21］Fig.11 SEM image of PP/nano-CaCO3 sample processed by vane plasticization extruder［21］

圖12、13 是兩種加工方法加工的納米CaCO3含量不同時(shí)的復(fù)合片材的力學(xué)性能.從圖中可以看出:葉片塑化擠出的復(fù)合材料試樣的各項(xiàng)力學(xué)性能均優(yōu)于螺桿塑化擠出的試樣，相同配比下，PP/納米CaCO3葉片塑化擠出制品的拉伸強(qiáng)度最多提高了16%;葉片塑化擠出加工能有效地提高填充效率，即能提高出現(xiàn)最佳力學(xué)性能“拐點(diǎn)”的無(wú)機(jī)粒子含量.葉片塑化擠出的填充復(fù)合材料的結(jié)果說(shuō)明，拉伸流場(chǎng)能實(shí)現(xiàn)填充粒子的高效分散，同時(shí)實(shí)現(xiàn)復(fù)合體系的連續(xù)自增強(qiáng).

已有研究表明［21，23］，葉片塑化擠出加工除了加工的聚合物片材表現(xiàn)出更好的“硬”而“韌”的自增強(qiáng)效果之外，還在物料適應(yīng)性及節(jié)約能耗等方面表現(xiàn)突出.塑化輸運(yùn)靠特定形狀的空間容積變化完成，塑化輸運(yùn)能力不依賴于物料的物理特性，具有完全正位移特性，塑化輸運(yùn)穩(wěn)定性提高，對(duì)物料的適應(yīng)性也隨之提高;聚合物加工過(guò)程中的能量主要消耗于物料加熱及電機(jī)驅(qū)動(dòng)，由于葉片擠出機(jī)塑化加熱段長(zhǎng)度只有傳統(tǒng)螺桿擠出機(jī)的50%，因此完成塑化輸運(yùn)過(guò)程所經(jīng)歷的熱機(jī)械歷程大大縮短，塑化輸運(yùn)能耗降低，同時(shí)避免了強(qiáng)剪切作用，大大降低了物料的降解程度，聚合物的可持續(xù)循環(huán)利用率增大.因此，基于拉伸流變的聚合物葉片塑化加工方法在實(shí)現(xiàn)聚合物制品的連續(xù)自增強(qiáng)的同時(shí)，對(duì)于聚合物加工過(guò)程節(jié)能降耗的“綠色生產(chǎn)”也具有十分重要的意義.

圖12 葉片塑化擠出與螺桿塑化擠出加工的PP/納米CaCO3樣品的拉伸強(qiáng)度［21］Fig.12 Tensile strength of PP/nano-CaCO3 samples processed by vane plasticization extruder and screw plasticization extruder［21］

圖13 葉片塑化擠出與螺桿塑化擠出加工的PP/納米CaCO3樣品的斷裂伸長(zhǎng)率［21］Fig.13 Breaking elongation of PP/nano-CaCO3 samples processed by vane plasticization extruder and screw plasticization extruder［21］

3 結(jié)語(yǔ)

聚合物的自增強(qiáng)，不僅僅局限在聚合物加工過(guò)程局部的自增強(qiáng)，已經(jīng)開(kāi)始上升到整個(gè)加工過(guò)程的自增強(qiáng)，從最開(kāi)始在模具和機(jī)頭上改進(jìn)，到聚合物加工全過(guò)程受振動(dòng)力場(chǎng)或拉伸力場(chǎng)支配，從而最終實(shí)現(xiàn)聚合物在加工過(guò)程的連續(xù)自增強(qiáng).振動(dòng)力場(chǎng)和拉伸力場(chǎng)作用下的聚合物加工過(guò)程不僅能實(shí)現(xiàn)在加工過(guò)程中的連續(xù)增強(qiáng)，同時(shí)其采用的設(shè)備和方法更適合于實(shí)際工業(yè)生產(chǎn).物料適應(yīng)性更廣泛、更節(jié)能環(huán)保的聚合物連續(xù)自增強(qiáng)加工方法將是未來(lái)聚合物加工方法和設(shè)備的發(fā)展方向.

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