工藝條件影響聚合物鏈的插層您觉、剝離、滑脫以及聚合物-粘土納米復(fù)合材料的松弛時間授滓。
 

同向雙螺桿擠出機(jī)作為納米復(fù)合材料的加工方法已經(jīng)越來越受歡迎琳水。它提供了一種混合多種物料的方法，通過改變停留時間和剪切速率便可得到高質(zhì)量制品般堆。在聚合物加工過程中在孝，剪切為高聚物的熔融提供了高達(dá)80%的熱量，它成為了混合過程最重要的一部分淮摔。在不同的螺桿轉(zhuǎn)速下私沮，剪切會使聚合物的形態(tài)及性能發(fā)生不同的改變，因此存在著加工的最佳的工藝條件和橙。如果對熔體的物理性有了更好的理解顾彰，那么成型加工的效益將大大優(yōu)化。



 

圖1 制備納米復(fù)合材料過程中剪切與粘土小片的影響示意圖
 

最近我們研究了納米粘土的添加和混合速度的改變對聚合物熔融的影響胃碾，圖1是研究的原理圖涨享。在加工過程中，聚合物在擠出機(jī)中沿著螺桿被強(qiáng)制擠出仆百，隨著聚合物受到螺桿元件的拖曳和均化作用厕隧，聚合物開始達(dá)到熔融狀態(tài)，高分子鏈開始產(chǎn)生相對滑移俄周，此時吁讨，分子鏈傾向于沿著流動方向取向，混合過程使得分子鏈解纏結(jié)峦朗。分子鏈會在隨機(jī)的方向折疊建丧、展開、纏結(jié)波势、在直線和旋轉(zhuǎn)載荷下取向翎朱。然而橄维，納米粒子的添加（例如納米粘土）會使這些流動特性發(fā)生改變。加入納米粘土后拴曲，無論是將聚合物鏈嵌入到粘土片晶中還是使片晶剝離分散到聚合物基體中争舞，混合的首要任務(wù)均是分離粘土片晶并將其分散，這個過程通過增加納米顆粒的表面積使填料長徑比顯著加大澈灼，相比于常規(guī)填料這是最顯著的變化竞川。除此之外，正如圖1所闡述的叁熔，粘土片晶還會限制分子的運(yùn)動委乌。

圖2 在不同螺桿轉(zhuǎn)速下含有30B或15A有機(jī)改性蒙脫石納米粘土混合物的EVA在熔融狀態(tài)的松弛現(xiàn)象及相關(guān)現(xiàn)象示意圖
 

這些物理形態(tài)的影響可以通過圖2的分子松弛曲線分析。我們采用非線性正態(tài)化算法得到了光譜圖荣回，圖中闡述了松弛特性福澡。記錄的光譜顯示了三個峰值，第一個對應(yīng)于分子的短程運(yùn)動（取決于聚合物鏈的構(gòu)象）驹马，第二個對應(yīng)于分子鏈的相對滑移，第三個對應(yīng)于長鏈的折疊和交聯(lián)除秀。
 

有研究表明糯累，對于純乙烯/乙酸乙烯醇共聚物（EVA），螺桿轉(zhuǎn)速不會引起松弛時間分布的顯著變化册踩，聚合物鏈在流動方向的取向不會限制鏈的滑移泳姐，峰值保持在同樣的松弛時間。另一方面暂吉，在螺桿轉(zhuǎn)速為200-400rpm時添加30B粘土（具有羥基表面活性劑）會使第三個松弛峰值時間顯著增加胖秒。較高的松弛時間意味著纏結(jié)的長鏈之間存在更多的空間限制，以及運(yùn)輸?shù)牧髁康母淖兡降摹６?00-800rpm的螺桿轉(zhuǎn)速下阎肝，松弛時間變短，更接近純EVA的松弛時間肮街，這表明粘土越分離风题，其對流動過程中的屏障效應(yīng)越小。這種現(xiàn)象并未出現(xiàn)在15A納米粘土中嫉父，盡管它具有較長的非極性表面活性鏈段沛硅，而且插層分散體形式趨于主導(dǎo)地位。正如圖中所示绕辖，插層增加了與團(tuán)塊滑移相關(guān)的松弛時間摇肌，這表明在粘土與聚合物混合過程中，插層比剝離產(chǎn)生的物理作用更有效仪际。
 

我們的結(jié)果表明围小，它是合理的假設(shè)昵骤，熔融的聚合物在加工過程中的形態(tài)將改變。由于材料冷卻過程中的結(jié)晶吩抓，鏈取向和纏結(jié)對分子運(yùn)動的限制有可能改變涉茧。我們現(xiàn)在正在努力理解這個過程，以便我們對聚合物-粘土納米復(fù)合材料的性能有更好的認(rèn)識疹娶。