王理民 劉暢 李佳偉 楊秉辰 溫繼超

【摘 要】文章研究以聚丙烯（PP）為底料、微米級CaCO3和納米級SiO2為填料，在不同混料轉(zhuǎn)速和混合加熱溫度下復(fù)合材料的拉伸性能。結(jié)果表明，當轉(zhuǎn)速從120 rad/min提高到570 rad/min，CaCO3/PP復(fù)合材料的拉伸性能明顯降低，而SiO2/PP復(fù)合材料的拉伸性能卻明顯提高。此外，加熱溫度從40 ℃提高到60 ℃時對二者的影響均較小。

【關(guān)鍵詞】固態(tài)物料摻混;混料轉(zhuǎn)速;混料溫度;拉伸性能

【中圖分類號】TB332;TQ325.14【文獻標識碼】A【文章編號】1674-0688（2019）10-0032-02

如今，塑料制品的應(yīng)用領(lǐng)域及其性能需求逐漸提升，而原料的物理改性方法在性能升級改造方面扮演重要角色，而物理改性過程中的前期混合均勻程度直接關(guān)系到熔融過程中分散相的分布均勻性和團聚尺寸，對不同組元間的界面相容效果有重要影響。然而，當前的固態(tài)物料混合方式不可避免地存在慣性隔離區(qū)，如圖1所示。隔離區(qū)中物料在摻混時異于槳葉覆蓋區(qū)，即發(fā)生小的相對位移，混合物容易形成較大尺寸的球晶，導致制件性能分布差異大、拉伸性能不良。而目前針對摻混設(shè)備運行指標對材料性能的影響研究鮮有報道，本文重點針對SHR15-A型高速混合機（石家莊浩塑機械廠生產(chǎn)），研究其混料轉(zhuǎn)速與混料溫度對被混合材料拉伸性能的影響。

1 實驗部分

1.1 實驗設(shè)備及原料

實驗所用主要原材料見表1。

1.2 樣條制備與拉伸性能測試

CaCO3/PP、SiO2/PP分別以3 000/20、3 000/8的比例加入高速混料機，首先固定攪拌溫度為30 ℃，依次改變攪拌機的轉(zhuǎn)速為120 rad/min、180 rad/min、300 rad/min、390 rad/min、480 rad/min、570 rad/min;然后固定轉(zhuǎn)速為480 rad/min，并將攪拌機的溫度改為30 ℃、40 ℃、50 ℃、60 ℃?；旌虾笪锪显赟JSH平行同向雙螺桿擠出機（石家莊浩塑機械廠生產(chǎn)）上熔融切粒，烘干后利用XS-1780D注塑成型機（深圳德立天科技有限公司生產(chǎn)）成型標準測試樣條。擠出機各段溫度分別設(shè)為120 ℃、160 ℃、170 ℃、180 ℃、190 ℃、200 ℃、220 ℃，機頭溫度設(shè)為200 ℃。注塑機溫度為200 ℃、220 ℃、250 ℃、250 ℃、250 ℃、240 ℃。

拉伸性能利用德瑞DR-6000A伺服萬能試驗機（揚州德瑞儀器設(shè)備有限公司生產(chǎn)）進行測試，測試標準采用國標GB/T 1039—92。

2 結(jié)果與分析

2.1 物料混合轉(zhuǎn)速對拉伸性能的影響

圖2為不同轉(zhuǎn)速下混合材料的拉伸性能。由圖2可見，CaCO3/PP復(fù)合材料的拉伸強度隨轉(zhuǎn)速的增加而降低，而SiO2/PP復(fù)合材料的拉伸強度隨轉(zhuǎn)速增加而升高。同時，二者在轉(zhuǎn)速較低時拉伸強度均表現(xiàn)出較大變化，而當轉(zhuǎn)速達到390 rad/min后，轉(zhuǎn)速對拉伸強度的影響均變得不明顯，強度變化趨勢逐漸減弱。

產(chǎn)生上述現(xiàn)象的原因可能是CaCO3粉末作為微米級物料，進行混合時在葉片周圍出現(xiàn)慣性隔離區(qū)，處于隔離區(qū)的物料會產(chǎn)生相對小的位移。隨著轉(zhuǎn)速的提高，不同區(qū)域物料位移量差異性增加，導致物料混合不均勻趨勢擴大。而當轉(zhuǎn)速達到一定值后，高轉(zhuǎn)速對物料的混合能力增強，一定程度上彌補了隔離區(qū)的影響，拉伸強度降低的整體趨勢減弱。然而，SiO2粉末為納米級物料，其顆粒度較小，在混合過程中易發(fā)生團聚，雖然會出現(xiàn)慣性隔離區(qū)現(xiàn)象，但隨著轉(zhuǎn)速提高，對團聚的破壞作用逐漸增強，反而使SiO2粉末分布更加均勻，導致拉伸強度隨轉(zhuǎn)速提高而逐漸上升。

2.2 混料機的加熱溫度對拉伸性能的影響

圖3為轉(zhuǎn)速固定為480 rad/min時不同混料加熱溫度對材料拉伸強度的影響。由圖3可知，CaCO3/PP復(fù)合材料和SiO2/PP復(fù)合材料的拉伸強度均隨混料加熱溫度的升高而提高，但變化幅度均不明顯?？梢?，加熱溫度對復(fù)合材料的拉伸性能影響較小。

3 結(jié)語

（1）混料轉(zhuǎn)速對被混合材料的拉伸性能影響相對較大，但由于慣性隔離區(qū)與粒子團聚程度的共同作用其影響效果不同，如CaCO3/PP復(fù)合材料的拉伸強度隨混料轉(zhuǎn)速的增加而降低，而SiO2/PP復(fù)合材料的拉伸強度則隨混料轉(zhuǎn)速的增加而升高。

（2）在混料轉(zhuǎn)速較低的范圍內(nèi)，被混合材料的拉伸變化相對較大。當混料轉(zhuǎn)速達到一定值后，由于對物料攪拌能力提高，拉伸性能變化趨勢減弱。

（3）混料溫度對被混合材料的拉伸性能影響不明顯。

參 考 文 獻

[1]M. Kim，S. C. Mun，C. S. Lee，et al.Electrical and rheological properties of polyamideray irradiated milti-walled carbon nanotube composites[J].Carbon，2011，49（12）：4030-4042.

[2]R. M. Santos，C. Vilaverde，E. Cunha，et al.Pro-bing dispersion and reagglomeration phenomena upon melt-mixing of polymer-functonallized graphite nanoplates[J].Soft Matter，2016，12（1）：77-86.

[3]袁毅，黃美娜.螺桿轉(zhuǎn)速對PP/GF復(fù)合材料中GF與性能的影響[J].中國塑料，2017（5）：36-41.