周向剪切和轴向拉伸复合应力场中挤出玻纤增强聚烯烃管材的诱导取向及结晶形态的研究

论文摘要

发达国家在现代化进程中，塑料管的发展速度均超过同期经济发展速度，用塑料管代替传统管材是趋势。但传统塑料管材周向强度较低，在作为承压管材时，为了满足使用要求，需增厚管材壁，这样既浪费材料，也使得管材的冷却定型困难，成为工业化生产的一个瓶颈。国内外学者就管材的增强技术进行了大量的研究，大多的研究都是采用单方向的应力场进行的；增强技术仅停留在小尺寸口模管材的挤出或芯棒的转动来施加周向应力场，并且工艺上容易造成挤出的不稳定，以及定型的困难，生产效率与工业化相比相去极远。在前人工作基础之上，我们自行设计了带有周向剪切套筒和能产生轴向拉伸的复合应力场挤出口模，制备出双向增强的聚烯烃管材。这种挤出装置的突出优点是可以根据实际生产需要，调整口模组合元件尺寸，生产出不同口径的双向增强管材，改传统的芯棒旋转为套筒旋转。由于玻纤在外力场的作用下极易顺着外力场的方向进行有序排列，并且能够使高分子诱导取向，因此利用此种剪切拉伸双向复合应力场装置对玻纤增强的聚合物管材的周向和轴向性能进行研究也是一件极其有意义的事情。本文就玻纤增强聚烯烃管材在复合外场作用下，其增强机理、诱导取向、晶体结构、熔融行为和形态结构的变化进行了详细的研究。通过研究我们发现，经过复合应力场的玻纤增强管材的周向强度，轴向强度都有了很大的提高，周向强度的提高幅度更大；通过各种现代分析方法发现玻纤在复合应力场下沿周向、轴向都有了很大程度上的取向，玻纤分散的更加均匀；在玻纤的诱导下，基体聚合物材料分子的取向度、结晶度也有了很大程度的提高，并且玻纤能够固化基体分子的取向结构，使分子链的取向受温度升高的影响大大降低，所以玻纤增强复合材料的双向力学性能都有了很大的提高。一般玻璃纤维增强管材在常规挤出时当添加的玻璃纤维体积含量小于临界体积分数(当添加的玻纤的复合体系拉伸强度等于基体聚合物材料的拉伸强度时的玻纤体积分数)时，玻纤起不到增强的作用，反而会使复合材料的整体强度降低；但在复合应力场下挤出时，当添加的玻纤含量小于临界体积分数时，复合体系的拉伸强度不但没有降低反而升高了；当添加的玻纤含量大于临界体积分数时，复合体系要达到同样强度，经过复合应力场的玻纤增强管材需要的体积分数小于理论值。这也说明了经过复合应力场，玻纤对基体分子的诱导取向使复合体系的强度得到了一定程度的提高。

论文目录

• 摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 聚烯烃管的增强研究现状
• 1.1.1 聚烯管的自增强
• 1.1.2 纤维增强研究现状
• 1.2 纤维增强的相关理论
• 1.2.1 界面结合理论
• 1.2.2 短纤维增强原理和临界玻纤含量理论
• 1.3 复合应力场中聚合物的结晶行为
• 1.3.1 聚合物的晶型结构及形态
• 1.3.2 剪切对晶体成核及生长的影响
• 1.3.3 剪切对结晶形态的影响
• 参考文献
• 2 论文研究的意义及实验方案确立
• 2.1 复合应力场中聚合物挤出流动分析
• 2.2 本论文的研究意义和研究内容
• 2.2.1 本论文的研究意义
• 2.2.2 本论文的创新点
• 2.2.3 实验研究内容
• 参考文献
• 3 复合应力场中挤出HDPE/WYHDPE-G30体系的研究
• 3.1 实验部分
• 3.1.1 实验原料和配比
• 3.1.2 挤出工艺
• 3.1.3 试验设备
• 3.1.4 力学性能测试
• 3.1.5 扫描电镜（SEM）测试:
• 3.1.6 DSC测试
• 3.1.7 广角X衍射（WAXD）测试:
• 3.2 结果与讨论
• 3.2.1 力学性能测试结果与分析讨论
• 3.2.1.1 剪切套转速对管材强度的影响
• 3.2.1.2 剪切应力场段温度对管材强度的影响
• 3.2.2 WAXD的测试结果与分析讨论
• 3.2.3 DSC的测试结果与分析讨论
• 3.2.4 SEM的测试结果与分析讨论
• 3.3 结论
• 参考文献
• 4 复合应力场中挤出PP/WYPP-G30体系的研究
• 4.1 试验部分
• 4.1.1 实验原料和配比
• 4.1.2 挤出工艺
• 4.2 结果与讨论
• 4.2.1 力学性能测试结果与分析讨论
• 4.2.1.1 剪切套转速对玻纤增强PP管材强度的影响
• 4.2.1.2 剪切应力场段温度对玻纤增强PP管材强度的影响
• 4.2.2 WAXD的测试结果与分析讨论
• 4.2.3 DSC的测试结果与分析讨论
• 4.2.4 SEM的测试结果与分析讨论
• 4.3 小结
• 参考文献
• 5 结论
• 5.1 论文研究的主要结论
• 5.2 进一步研究的设想
• 攻读硕士学位期间发表论文
• 致谢