高分子材料加工與工藝的研究

樊小會

摘 要：高分子材料是一種新型材料，其加工工藝是廣大科研工作者研究的重點(diǎn)。擠出成型是高分子材料成型中常用的一種工藝。基于此，本文深入研究了擠出成型工藝中溫度和速度對材料成型的影響。

關(guān)鍵詞：高分子材料；擠出成型；溫度；速度

PVC發(fā)泡型材是一種具有卓越的仿木性能新型材料，具有很大的開發(fā)潛力。目前大都采用擠出成型工藝制得，本文就以PVC發(fā)泡材料擠出成型為例，深入分析了擠出成型過程中螺桿轉(zhuǎn)速和?？跍囟葘VC板材泡孔結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能的影響。

1口模溫度對材料成型的影響

在擠出成型過程中，要嚴(yán)格控制各段的溫度，尤其是口模的溫度。本次試驗(yàn)中將口模的溫度從168℃逐漸降低，分別設(shè)定為165℃、162℃、159℃、156℃這幾個(gè)溫度值來研究板材的性能。

1.1口模溫度對泡孔結(jié)構(gòu)的影響

將不同口模溫度條件下的發(fā)泡樣品的照片放大后觀察，隨著口模溫度的逐漸降低，泡孔數(shù)量逐漸增多，泡孔尺寸也變得更加均勻，且平均泡孔尺寸逐漸變小。這說明口模溫度越低，物料的熔體強(qiáng)度越大，能及時(shí)限制泡孔的長大，防止泡孔合并或破裂。

1.2口模溫度對力學(xué)性能的影響

1.2.1拉伸性能

口模溫度對微發(fā)泡板材拉伸性能的影響如圖1所示，可以看出材料的拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長率都隨著口模溫度的升高而降低。物料擠出口模后，外壓力下降，氣體迅速膨脹，口模溫度越高，PVC的熔體強(qiáng)度越低，不足以包住氣體，從而導(dǎo)致泡孔迅速長大或破裂，使得泡孔變大，制品表面粗糙，力學(xué)性能下降。另外，口模溫度越高，模頭壓力越低，成核數(shù)也就越少，相應(yīng)的樣品的泡孔直徑就越大，因此，制品的拉伸強(qiáng)度也就越低。

1.2.2彎曲性能

口模溫度對微發(fā)泡板材彎曲性能的影響如圖2所示，口模溫度越高，得到的發(fā)泡制品的彎曲強(qiáng)度越低。這說明，口模溫度的降低有利于提高制品的彎曲強(qiáng)度。

1.2.3沖擊性能

口模溫度對微發(fā)泡板材沖擊性能的影響如圖3所示，當(dāng)口模溫度降低時(shí)，發(fā)泡制品的沖擊強(qiáng)度逐漸提高。這說明口模溫度的降低有利于提高制品的沖擊強(qiáng)度。

由上述可以看出，口模溫度越低，發(fā)泡制品的泡孔結(jié)構(gòu)和發(fā)泡制品的拉伸、彎曲、沖擊性能均有所提高。但是，口模溫度越低擠出加工穩(wěn)定性越差，口模壓力波動(dòng)范圍越大。綜合考慮，溫度控制在159℃為最佳狀態(tài)。

2螺桿轉(zhuǎn)速對材料成型的影響

實(shí)驗(yàn)將螺桿轉(zhuǎn)速分別設(shè)定為5.5r/min、7.0r/min、8.5r/min、10r/min，來研究螺桿轉(zhuǎn)速對微發(fā)泡板材制品性能的影響。

2.1螺桿轉(zhuǎn)速對泡孔結(jié)構(gòu)的影響

通過對比不同螺桿轉(zhuǎn)速下板材泡孔結(jié)構(gòu)的電鏡照片，我們發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)速為5.5r/min時(shí)，泡孔很散亂，大小也各不相同；轉(zhuǎn)速8.5r/min時(shí)，泡孔有輕微撕裂的痕跡；轉(zhuǎn)速為10r/min時(shí)，泡孔有明顯被撕裂的現(xiàn)象，且已發(fā)黃，發(fā)生部分降解；轉(zhuǎn)速在7r/min時(shí)，基本能達(dá)到一個(gè)平衡。

2.2螺桿轉(zhuǎn)速對力學(xué)性能的影響

2.2.1拉伸性能

螺桿轉(zhuǎn)速對板材拉伸性能的影響如圖4所示，發(fā)泡制品的拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長率均隨著螺桿轉(zhuǎn)速的增加先增大后減小。這是由于隨著螺桿轉(zhuǎn)速的增加，螺桿的剪切作用加強(qiáng)，有利于聚合物超臨界均相體系的形成，同時(shí)剪切速率提高使氣泡成核密度增加，泡孔分布更加均勻。但過度剪切又會使其發(fā)生降解，實(shí)驗(yàn)中當(dāng)轉(zhuǎn)速升到10r/min時(shí)，制品表面發(fā)黃，開始發(fā)生降解，從而導(dǎo)致拉伸性能急劇下降。

2.2.2彎曲性能

螺桿轉(zhuǎn)速對微發(fā)泡板材彎曲性能的影響，隨著螺桿轉(zhuǎn)速的增加發(fā)泡制品的彎曲強(qiáng)度先增大后減小，轉(zhuǎn)速在7r/min時(shí)制品的彎曲強(qiáng)度最大。這是由于當(dāng)螺桿轉(zhuǎn)速較低時(shí)提高轉(zhuǎn)速，可加強(qiáng)混合作用，促進(jìn)均相體系的形成，之后繼續(xù)提高轉(zhuǎn)速，剪切作用太強(qiáng)使其發(fā)生降解，且轉(zhuǎn)速高時(shí)擠出機(jī)出料太快，熔體與接觸時(shí)間短，不利于均相體系的形成，從而導(dǎo)致制品的性能下降。

2.2.3沖擊性能

實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，隨著螺桿轉(zhuǎn)速的增加，發(fā)泡樣品的沖擊強(qiáng)度先增大后降低，在轉(zhuǎn)速為8.5r/min時(shí)達(dá)到峰值，制品的沖擊強(qiáng)度在轉(zhuǎn)速為10r/min時(shí)急劇下降，這說明PVC對剪切很敏感，轉(zhuǎn)速在10r/min剪切強(qiáng)度大，發(fā)生降解，沖擊強(qiáng)度大幅下降。

綜合上述，得出以下結(jié)論：隨著螺桿轉(zhuǎn)速的提高，制品的泡孔結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能都會有一定的改善。但轉(zhuǎn)速過高又會縮短物料在機(jī)筒中停留時(shí)間，不利于聚合物均相體系的形成。同時(shí)考慮到PVC熱穩(wěn)定性差的因素，因此，將7r/min確定為得到綜合性能優(yōu)良發(fā)泡制品的最佳螺桿轉(zhuǎn)速。由此次實(shí)驗(yàn)可以看出，高分子材料擠出成型過程中溫度和速度對于材料成型的影響是十分顯著的，在實(shí)際加工過程中需要綜合考慮各項(xiàng)因素，選擇最佳的工藝條件，以獲得良好的材料制品。

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