管接頭注塑模設計_畢業(yè)論文設計

1、（此文檔為word格式，下載后您可任意編輯修改!管接頭注塑模設計說明書摘要：針對管接頭制品的結(jié)構(gòu)，結(jié)合注塑模設計的特點，通過對塑件進行工藝的分析和比較，最終設 計出一套管接頭注塑模具。本次設計從產(chǎn)品結(jié)構(gòu)工藝性、具體模具結(jié)構(gòu)出發(fā)，對模具的澆注系統(tǒng)、模 具成型部分的結(jié)構(gòu)、冷卻系統(tǒng)、頂出系統(tǒng)、注塑機的選擇和有關參數(shù)的校核都進行了詳細的設計，同 時簡單的編制了模具的加工工藝。最終采用的注塑模為一模兩腔的三板式模具，通過四面滑塊和型芯 對制品進行成型，同時采用三次分型的方法實現(xiàn)制品的頂出和凝料的脫除。經(jīng)設計標明該模具能夠?qū)?現(xiàn)制品的注塑成型弁滿足預定的質(zhì)量要求。關鍵詞：注塑模具管接頭 UG三維設計Abs

2、tract :according to the structure of pipe fittings products, combining thecharacteristics of injection molding design, through the process of plastic parts, analyze and compare the final design out a casing joint injection mold. This design from product structure manufaturability, specific mold stru

3、cture of mould, starting the gating system, the structure of its molding part, cooling system, ejector systems, injection machine selection and related parameter checking makes a detailed design, and simple compiled the mould processing technology. The injection mold for finally adopted the three ex

4、actly two cavity board mold, through all the slider and cores, shaping of products by adopting the method of three points and realize products ejector material removal. The design to indicate this mold can realize products molding and meet predetermined quality requirements.Keywords:Injection mouldP

5、ipe jointUG Three-dimensional design目錄 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark4 o Current Document 第一章緒論 3 HYPERLINK l bookmark6 o Current Document 第二章塑件的工藝性分析 4塑件的結(jié)構(gòu)工藝分析 4產(chǎn)品外觀設計和 2D 尺寸圖 5產(chǎn)品技術要求 5塑件工藝分析 522 塑件材料工藝性的分析 5基本特性 6材料的成型工藝性 6塑件成型工藝參數(shù)的確定 6 HYPERLINK l bookmark8 o Current Document 23 計算塑件的體積和質(zhì)量 7

6、第三章注塑模的結(jié)構(gòu)設計 7分型面位置的確定 8型腔數(shù)量和布置方式的確定 8模具結(jié)構(gòu)形式的確定 9澆注系統(tǒng)的設計 9澆口的設計 9主流道的設計 10冷料穴的設計 11澆注系統(tǒng)最終方案的確定 11注射機型號的確定 11注射機的初選 11注射機有關參數(shù)的校核 12側(cè)向抽芯機構(gòu) 12成型零件的設計 12模具成型部分的結(jié)構(gòu)設計 14成型零件工作尺寸的計算 15脫模推出機構(gòu)設計 15冷卻系統(tǒng)的設計 16模具結(jié)構(gòu)草圖的繪制 16開合模過程 17成型零件的加工工藝 17成型零件材料的選用 17模具的安裝調(diào)試與維護 18第四章結(jié)論 19第五章致謝 20附錄1 聚合物混煉設備（綜述） 21附錄2 聚合物基納米復合

7、材料拉伸流動混合器（翻譯） 28第一章 緒論隨著科學技術的發(fā)展，模具工業(yè)在國民經(jīng)濟中的地位越來越重要。利用模具成型塑件的方法實質(zhì)是一種少切削、無切削、多工序重合的生產(chǎn)方法。采用模具成型工藝代替?zhèn)鹘y(tǒng)的切削加工工藝，可以大大的提高生產(chǎn)效率，保證零件質(zhì)量，節(jié)約材料，降低成本，從而取得很高的經(jīng)濟效益。因此，模具成型方法在現(xiàn)代工業(yè)的主要部門中得到了極其廣泛的應用。它已成為工業(yè)中進行大批量生產(chǎn)的重要技術手段，對于保證制品質(zhì)量，縮短試制周期，進而爭先占領市場，以及產(chǎn)品的更新?lián)Q代和新產(chǎn)品的開發(fā)都具有決定性的意義，明顯地成為國民經(jīng)濟發(fā)展的關鍵。近年來，模具增長十分迅速，高效率、自動化、大型、微型、精密、高壽命的

8、模具在整個模具產(chǎn)量中所占的比重越來越大， 日本的模具產(chǎn)能約占全球的 40% ，居世界第一位，每年向國外出口大量模具。模具行業(yè)在美國工業(yè)總產(chǎn)值中所占的比重呈現(xiàn)出不斷下降的態(tài)勢，但是美國模具在全球模具的高端產(chǎn)品仍然占據(jù)著重要地位。德國擁有世界領先的汽車、船舶等制造技術，受上游行業(yè)需求影響，德國模具在世界上具有較為重要的地位。所以在許多方面與工業(yè)發(fā)達國家相比仍有較大的差距。例如，精密加工設備在模具加工設備中的比重比較低。第二章 塑件的工藝性分析圖2-1 管接頭產(chǎn)品圖圖2-2管接頭產(chǎn)品圖圖1-3管接頭產(chǎn)品2D尺寸圖產(chǎn)品技術要求塑料零件的材料為 PVC,塑件要求外形美觀，不允許有錯牙現(xiàn)象，其內(nèi)表面要求光

9、潔美觀，其工作面成型時不允許有澆口、頂桿痕跡，開模時要求不被動模型芯拉裂或者拉變形，以保證一定的機械強度。此塑件高為45mm ,最大寬度39.40mm 。查表-常用材料模塑件公差等級和選用(GBT14486 )、表-模塑件尺寸公差表(GBT14486 )得知，對精度要求一般，根據(jù) PVC塑料的性質(zhì)及特性，其精度等級可按 MT5來查并取其公差。塑件的工藝分析(1)該塑件尺寸中等且塑件同軸度等級較高，其內(nèi)表面要求光潔美觀,成型時不允許有澆口、頂桿痕跡，開模時要求不被定模型芯拉裂或者拉變形。所以采用的澆口形式要保證其表面精度。(2)該塑件為中小批量生產(chǎn),塑件的形狀較復雜。為了保證產(chǎn)品一定的機械強度,

10、對于模具設計要求較高，產(chǎn)品不許有尖角，以免產(chǎn)生產(chǎn)品開裂現(xiàn)象?；咎匦訮VC 塑料（聚氯乙烯）是世界上產(chǎn)量最高的塑料品種之一。其原料來源豐富，價格低廉，性能優(yōu)良，應用廣泛。其樹脂為白色或者淺黃色粉末，形同面粉，造粒后為透明塊狀，類似明礬。根據(jù)不同的用途加入不同的添加劑，聚氯乙烯塑件可呈現(xiàn)不同的物理性能和力學性能。在聚氯乙烯樹脂中加入適量的增塑劑，可制成多種硬質(zhì)、軟質(zhì)制品。純聚氯乙烯的密度為 1.4gcm 3，加入了增塑劑和填料等的聚氯乙烯塑件的密度范圍一般為 1.152.003 gcm 。硬聚氯乙烯不含或含有少量增塑劑。它的機械強度頗高，有較好的抗拉、抗彎、抗壓和抗沖擊性能，可單獨用做結(jié)構(gòu)材料；

11、其介電性能好，對酸堿的抵抗能力極強，化學穩(wěn)定性好；但成型比較困難，耐熱性不高。軟聚氯乙烯含有較多的增塑劑，柔軟且富有彈性，類似橡膠，但比橡膠更耐光、更持久。在常溫下其彈性不及橡膠，但耐蝕性優(yōu)于橡膠，不怕濃酸、濃堿的破壞，不受氧氣及臭氧的影響，能耐寒冷。成型性好，但耐熱性低，機械強度、耐磨性及介電性能等都不及硬聚氯乙烯，且易老化?？偟膩碚f，聚氯乙烯有較好的電氣絕緣性能，可以用做低頻絕緣材料，其化學穩(wěn)定性也較好。優(yōu)于聚氯乙烯的熱穩(wěn)定性較差，長時間加熱會導致分解，放出氯化氫氣體，使得聚氯乙烯變色，所以其應用范圍較窄，使用溫度一般在-15 55 之間.材料的成型工藝性由于其熔體黏度高，所需的注射成型壓

12、力較高，因此塑件對型芯的包緊力較大，故塑件應采用較大的脫模斜度。另外熔體黏度較高，使PVC 制品易產(chǎn)生熔接痕，所以模具設計時應注意盡量減少系統(tǒng)對料流的阻力。 PVC 易吸水，成形加工前需要進行干燥處理。在正常的成形條件下， PVC 制品的尺寸穩(wěn)定性較好塑件成型工藝參數(shù)查有關手冊得到 PVC （抗沖）塑料的成形工藝參數(shù)：密度1.011.04gcm3收縮率 0.3%0.8%預熱溫度80 85 , 預熱時間 23h料筒溫度后段 150 170 , 中段 165180 前段 180C200 ;噴嘴溫度170 180 模具溫度50 80 注射壓力60100MPa成形時間 注射時間 2090s ， 保壓時

13、間 05s ， 冷卻時間 20150s2.2 計算塑件的體積和質(zhì)量用 UG 軟件測量出塑件的體積為5.744cm 3，查塑料注射模具設計實用手冊表2.1 國產(chǎn)常用注射成型塑料名稱及成型特性可知 PVC 的密度為 1.20gcm 3 , 計算可得其質(zhì)量為 5.744 cm 3 x 1.20 gcm 3=6.9328g 。第三章 注塑模的結(jié)構(gòu)設計分型面位置的確定如何確定分型面，需要考慮的因素比較復雜。由于分型面受到塑件在模具中的成型位置、澆注系統(tǒng)設計、塑件的結(jié)構(gòu)工藝性及精度、嵌件位置形狀以及推出方法、模具的制造、排氣、操作工藝等多種因素的影響，因此在選擇分型面時應綜合分析比較，從幾種方案中優(yōu)選出較

14、為合理的方案。選擇分型面時一般應遵循以下幾項原則：保證塑料制品能夠脫模這是一個首要原則，設置分型面的目的，就是為了能夠順利從型腔中脫出制品。根據(jù)這個原則，分型面應首選在塑料制品最大的輪廓線上，最好在一個平面上，而且此平面與開模方向垂直。分型的整個廓形應呈縮小趨勢，不應有影響脫模的凹凸形狀，以免影響脫模。使塑件外形美觀，容易清理盡管塑料模具配合非常精密，但塑件脫模后，在分型面的位置都會留有一圈毛邊，我們稱之為飛邊。即使這些毛邊脫模后立即割除，但仍會在塑件上留下痕跡，影響塑件外觀，故分型面應避免設在塑件光滑表面上 。盡量避免側(cè)向抽芯塑料注射模具，應盡可能避免采用側(cè)向抽芯，因為側(cè)向抽芯模具結(jié)構(gòu)復雜，

15、并且直接影響塑件尺寸、配合的精度，且耗時耗財，制造成本顯著增加，故在萬不得己的情況下才能使用。使分型面容易加工分型面精度是整個模具精度的重要部分， 力求平面度和動、 定模配合面的平行度在公差范圍內(nèi)。因此，分型面應是平面且與脫模方向垂直，從而使加工精度得到保證。如選擇分型面是斜面或曲面，加工的難度增大，并且精度得不到保證，易造成溢料飛邊現(xiàn)象。g) 使側(cè)向抽芯盡量短抽芯越短，斜抽移動的距離越短，一方面能減少動、定模的厚度，減少塑件尺寸誤差；另一方面有利于脫模，保證塑件制品精度。Lee,Chang Dae Han.Evolution of polymer blend morphology durin

16、g compoundingin an internal mixerJ.Polymer,1999,40:6277-6296于清溪，密閉式橡膠混煉機的技術現(xiàn)狀及最近發(fā)展J 橡塑技術與裝備.2010,36(9):4-16唐孝先，近期橡膠混煉裝置及技術開發(fā)狀況 J 世界橡膠工業(yè)， 2009,29 (5) 30-35CHIH-HSIANG YAO,ICA MANAS-ZLOCZOWER.Influence of design on dispersivemixing performance in an axial discharge continuous mixer-LCMAX40J.PolymerEng

17、ineering and Science,1998,38(6):936-946王進文 .混煉技術進展J. 世界橡膠工業(yè)， 2009,36 ( 5)： 34-39劉同帥，丁玉梅.混煉設備的發(fā)展J. 彈性體， 2002,12 ( 6)： 64-66A I Bagno,V V Bastrygin,Selection of optimal design of screw mixer forproducing and converting rubber mixturesJkhimicheskoe,1986,11:7-9D.BOURRY,F.GODBILLE.Extensional flow of pol

18、ymeric dispersionsJPolymerEngineering and Science,1999,39(6):1702-1086M.del pilar Noriega E.,Chris.Rauwendaal. 擠出過程的問題分析及解決方案 M, 北京：化學工業(yè)出版社， 2003.90-92C.Rauwendaal. 塑料擠出 M. 第二版，北京：中國輕工業(yè)出版社， 2003.90-9215 黃磊，歐相麟，吳世見. 拉伸流場對聚合物填充體系的分散混合作用J 中國塑料 .2006,20（9）:53-5816 何光建，殷小春，瞿金平.基于拉伸流動的聚合物復合材料分散混合研究進展J 塑料，

19、2010,39 （ 3）： 8-1017朱永康.白炭黑填充橡膠在雙螺桿擠出機中的連續(xù)混煉J橡塑技術與裝備，2010,36（ 2 ）： 28-32謝林生，繆國兵，顏惠庚.雙轉(zhuǎn)子連續(xù)混煉機結(jié)構(gòu)與混煉原理J 塑料科技，1996,6:39-42張海燕，雙轉(zhuǎn)子連續(xù)混煉機轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的優(yōu)化及混煉機理的研究 J 北京化工大學碩士研究生學位論文， 2009:2WANG Chuan-sheng LI Li,A new type machine of mixing-molding forpolyblendJJournal of Donghua University,2009,26(1):68-74聚合物基納米復合材料

20、拉伸流動混合器拉伸流動混合器（ EFM ）在工業(yè)上被用來均化反應物、聚合物共混、增塑劑的混合等。最近，一些實驗室嘗試使用 EFM 將有機硅酸鹽分散在熔體聚合物中以制得聚合物基納米復合材料。因此，通常把EFM 安裝在配有齒輪泵的雙螺桿擠出機上。使用 EFM 提高了填料的分散程度和制品的性能，這種提高在聚酰胺和熱塑性聚酯中尤為明顯，在聚烯烴和聚苯乙烯中則收效甚微。近來，為了提高 EFM 的效率，對商用型EFM-3 進行了改進。改進的方面主要是對能產(chǎn)生拉伸流動的縮放盤進行了重新設計，并且使用單螺桿擠出機對兩種混合器（ EFM 和 EFM-3 ）進行了評價。實驗在以下兩種體系中進行： （ 1 ）添加了

21、 C15A 的聚酰胺 6 樹脂（ 2）添加馬來酸化 PP 和 C15A 的聚丙烯樹脂?；旌蠘悠酚勺⑸涑尚椭频貌旌铣潭群土W性能做了測試，結(jié)果表明 EFM-N 的性能更為優(yōu)異。混有 C15A 的 PA-6 經(jīng)安裝有 EFM-N 的單螺桿擠出機混合后，體系中的有機硅酸鹽被剝離從而獲得了高性能的聚合物基納米復合材料。商業(yè)化聚合物基納米復合材料是在預添加有活性陰離子的粘土存在的條件下， -己內(nèi)酰胺進行縮聚反應制得。兩種復合材料相比，前者的性能與后者相當甚至更優(yōu)。引言當前，聚合物基納米復合材料（ PNCs） 的制備方法主要是反應法。也就是在預添加有活性劑的天然或人工粘土的存在下，對給定的單體進行聚合

22、反應 1-3 。只有那些能夠把至少一條生產(chǎn)線用于PNC 生產(chǎn)的樹脂廠家才能采用這種方法。可靠而簡單的熔體混合方法的開發(fā)將會使PNC 產(chǎn)品轉(zhuǎn)移到對最終產(chǎn)品進行混合和生產(chǎn)的廠家，而這些廠家才是多組分體系的主要生產(chǎn)者 4 。這種技術革新將增加生產(chǎn)的靈活性，具有期望性能的納米材料也可以在使用之前馬上進行生產(chǎn)。毫無疑問這將加快PNCs 產(chǎn)品市場化的步伐。PNCs 是最近才商業(yè)化的材料，年增長率為 18.4% ，如 2004 年該行業(yè)的收入為 1.95億美元而 2008 年則達到了 3.11 億美元 5 。 PNCs 材料的主要應用領域為汽車行業(yè)（如通用、三菱和豐田汽車） 。到 2009 年，美國對PNC

23、s 的消耗量將達到 550ktony6 。這些消耗主要集中在包裝、家電、房屋建筑、市政建設、電力、電子、草坪、花園和電力工具等方面。就目前而言，聚酰胺樹脂和由它而制得的 PNC 產(chǎn)品成本相差 10% 左右。絕大多數(shù)的混合機和塑化機都是在剪切場下工作,拉伸部分僅僅存在于流動方向不平行的區(qū)域。然而，理論研究表明剪切分散作用的能源利用率較低，同時就混合而言組分的黏度比也被限制在較低的數(shù)值范圍內(nèi)。相對而言，拉伸流動在以下幾方面比剪切流動更有優(yōu)勢。能源的利用率比剪切流動高幾個數(shù)量級不受黏度比的限制產(chǎn)生更好的分散和分布混合作用拉伸流動產(chǎn)生的溫升為 13 不會像剪切那樣引起固體粒子的重新聚集不論是在靜態(tài)還是

24、動態(tài)混合器里，都可以采用縮放流道經(jīng)濟地產(chǎn)生拉伸流動這些優(yōu)點促使NRCCIMI 開發(fā)拉伸流動混合器（ EFM ） 7 。將其安裝在單螺桿擠出機（ SSE ）上就可得到用于混合、合金化、或者均化聚合物熔體但價格卻不昂貴的機器。單螺桿擠出機能夠熔融并擠出聚合物熔體，但它的混合性能也是公認的很差。而且。作為純剪切機器，它可能因為剪切生熱而使熔體溫度超過設定溫度，超過幅度最高可達70，從而引起聚合物的熱降解。作為一種選擇，可以采用配備了齒輪泵的雙螺桿擠出機（ TSE ）。 TSE 能更好的對混合過程進行控制，但固定投入和操作費用卻比 SSE 高8 。為了產(chǎn)生足夠的壓力必須使用齒輪泵，而這將會增加資金投入

25、，帶來更多的技術問題。就聚合物共混物的制備而言， SSE+EFM 系統(tǒng)不僅價格上比 TSE 便宜好幾倍，而且使用上也常常比 TSE 好 9-10 。如薄膜樹脂中凝膠顆粒的去除， 將彈性體添加到熱塑性塑料當中，或者混合兩種不相容的聚合物。 這些結(jié)果可依據(jù)混合的理論分析得到。 實際上， EFM在熔體均化和熔體融化方面表現(xiàn)得相當不錯。但是，將一種聚合物熔體分散在另一種聚合物熔體之中的理論與將固體顆粒聚集體分散在聚合物熔體之中是不相同的，要采用前種理論描述后者時必須對該理論進行修正。EFM 是唯一采用拉伸流動場來產(chǎn)生混合的機器。 1999 年，汽車工業(yè)協(xié)會（ IMI ）將該混煉器授權給EFM 公司，允

26、許該公司生產(chǎn)和分配EFM11 。 2004 年初，該授權被終止。過去的幾年里， 采用商業(yè)化 EFM-3 將有機硅酸鹽分散在極性熱塑性塑料中取得了出于意料的好成果12 ?；旌侠碚摫砻骼炝鲌龅幕旌闲时燃羟辛鲌龈咚谋?3 。將含 4wt% 有機硅酸鹽的 PET 在 TSE+GP+EFM-3 中混合，所得產(chǎn)品的拉伸模量提高了70%14,15。但是，將有機硅酸鹽分散在非極性聚合物（如 PP和PS）中，然后將其在TSE+GP+EFM-3 中混合所得效果則沒有這么成功 16,18 。初步使用 EFM 來生產(chǎn) PNC 表明（ 1 ）穩(wěn)態(tài)熱力學決定剝離過程能否發(fā)生（2）混合起著動力的作用，它將加速剝離過程，

27、但前提是該系統(tǒng)是熱力學互溶系統(tǒng)（3 ）由于有機硅酸鹽不同的分散機理（與一種液體分散在另一種液體中比較而言） ，流道的幾何結(jié)構(gòu)也就是EFM 縮放盤的外形應該加以改進。持續(xù)增長的使用要求使得 EFM 更加通用化，更加適用于分散粘土、有機硅酸鹽、碳納米管、碳晶須、炭黑、硅膠等納米粒子。因此，設計新型的縮放流道對于納米復合材料是必須的。關鍵問題就是對納米聚集體流動和取向的理解，對拉伸場和剪切場必要的順序和強度的理解。日本鋼鐵公司和 NRCIMI 公司在設計和測試EFM-N 上進行了共同合作， 該 EFM-N 帶有新的縮放流道。在這篇文章中，我們將介紹它們在合作中取得的初步成果。廣泛的測試程序涉及到兩種

28、類型的 PNC 在不同組分和不同加工條件下的混合。 由于空間的限制，我們主要關注使用 SSE+EFM-N 連續(xù)生產(chǎn) PA6 基納米復合材料。出于對比的需要，這些混合物將會與由 SSE+EFM-3 、 TSE+GP+EFM 和 TSE+GP 制得的混合物進行比較。實驗混合實驗中用到的材料性能如表一。在氮氣的氛圍下進行兩步混合，第一步由 TSE 制得母粒，基體樹脂由料斗處加入， C15A 由側(cè)進料口加入，料筒溫度T=180 ，物料為 PA6時 T=240 ， PP 時 T=200 。第二步，用適量的聚合物稀釋母料，擠出機采用 SSE （螺桿長 63.5mm ， LD=24 ，有干燥混合元件）或者是

29、Leitriz-34mmTSE （同向旋轉(zhuǎn)， LD=40 ，螺桿轉(zhuǎn)速 N=200rpm, 產(chǎn)量 Q=510Kg 5500R 型 1125 測試機對拉伸和彎曲性能進行了測試。楊氏模量由最小二乘方擬合法對形變小于 0.2% 的應力應變數(shù)據(jù)進行擬合而計算得到。彎曲試驗中，支撐寬度為 59mm 。使用 Instron Model8200 沖擊試驗機在室溫下進行了缺口懸臂梁沖擊試驗。本文中所提到的性能指標均是對單個樣條進行了至少 10 次試驗所得數(shù)據(jù)的平均值。在測試之前，PA6樣條在真空50攝氏度下干燥了至少31天。結(jié)果將C15A分散在PA6中的混合條件如表3所示。對PPPP-MAC15A 體系進行了相

30、同的 一系列測試(但是溫度不同)。相容性混合物，PP-MA ,含有同等數(shù)量的PP-MA1和 PP-MA2 (見表1)。如果C15A的含量為X wt% ,那么PP-MA的含量則為2X。在這篇 文章中只討論 C15A含量為2wt%的情況。由于黏土薄層的平均平面比例P=287 士 9,所有它們在高作用力下的自由旋轉(zhuǎn)是不可能的20。表4列出了拉伸、沖擊和 XRD的數(shù)據(jù)。拉伸性能由四個參數(shù)進行表征：楊氏模量E ( GPa),屈服強度d (MPa),斷裂強度a b(MPa),以及斷裂伸長率 b ( % )。室 溫下的缺口懸臂梁沖擊強度的數(shù)據(jù)列在了旁邊。表中沒有給出彎曲測試數(shù)據(jù)，因為彎 曲模量和強度與拉伸參

31、數(shù)線性相關，見圖2a和2b。FIGX 理蹴墉A區(qū)翻蹄鼬I牌珈11就希S4尋冊心啕AtfrCP國 Plot for Hioduli iand|ibi plot !for tiie sirentitji at ild*XRD掃描(見圖3)用三個參數(shù)來表征：層問間隙 d001(Eq.1),每堆中平均薄片數(shù)，N (Eq.2)剝離程度XE , XE由最高點下的面積求得。Braggs方程如下蠢r 二四A2 sinn為整數(shù)，0為X光的入射角(或反射角)。根據(jù)Scherrer關系由X光峰加寬可計 算得到黏土堆的分散層數(shù)ts.由ts和d001便可由下面公式計算得到 N.那=看+4/盛博(2J式中 ts0.9 入

32、(B12cos 0b),Bi2父 01-e2,B12 是半高處的寬度 (Imax2),伯里(0 1+0 2)2.XE可以通過主散射峰下的面積和適合基體樹脂的指數(shù)衰減曲線的對比得到。圖4給出了三種混合樣品的顯微照片，三種樣品分別是PA-0,PA-3和含有2 wt%的PA-4,它們分別由 SSE、SSE+EFM-3,EFM+EFM-N 擠出成型。使用 EFM時，縮放盤問隙為 30 微米。值得注意的是，在PA-0 擠出時沒有EFM 但也出現(xiàn)了剝離現(xiàn)象，但是樣品中存在有較大的有機硅酸鹽聚集塊。增加EFM-3 或者 EFM-N 之后消除了這些團聚顆粒同時也增加了剝離的程度，甚至超過了用Ube PA101

33、5C2 獲得的值。討論縮放盤間隙對黏土分散的影響圖5給出了 PA-6基PNC在不同EFM間隙時的dooi,X e和N。對EFM而言，在允許的實驗誤差之內(nèi)，這三個參數(shù)保持恒定，而在EFM-N 中 d001 ,X E 隨著 EFM 間隙的減小而增大。含2 wt%C15A 的 PA-6 經(jīng) SSE+EFM-N （縮放盤間隙較大）擠出后，留有少量的團聚顆粒同時N=3.2 0.1 ，這些結(jié)果與計算得到的數(shù)值相似。只有當縮放盤間隙很小的時候，大約h30微米時,N減小到2.1,同時X e增大能能觀察到的最大值97.1%.進一步將間隙減小到 15 微米不會提高分散效果,這可能是因為在高的應力流動區(qū)域會有低的物

34、料停留時間。圖 6 給出了 PP 基 CPNC 的相同信息。除了最小間隙h=15 微米（這種低間隙導致的降解會使得層問間隙的塌陷）以外，dooi里3.45 土 0.05nm , N 3與縮放盤的間隙大小沒有關系。隨著縮放盤間隙的減小，只有X E 略微增加，增加幅度EFM-N 比 EFM-3 大。這種影響似乎表明黏土的分散機理是將聚集體的外層薄片剝離。圖5和圖6的數(shù)據(jù)表明EFM將同樣的有機硅酸鹽分散在PA-6和PP+馬來酸化PP基體中的能力是不同的。 采用 SSE+EFM-N 時，前一個體系被剝離。 由于對 Ube PA1015C2 類比計算得到的剝離度比混合樣條的低，因而該結(jié)果顯得特別重要。值

35、得注意的是商業(yè)型PNC是通過將有機硅酸鹽（蒙脫土中預添加了a氨基十二烷基酸）分散在 己內(nèi)酰胺中，然后懸浮聚合得到。這個過程中，在ADA 的作用下基體樹脂和黏土之間形成了共價鍵，而這則成為了大分子鏈的第一個結(jié)構(gòu)單元。 1,21-23與反應法制得的 PA1015C2 相比，由 PA-6 和 C15A 混合制得的 PNC 具有更復雜的結(jié)構(gòu)，這反映在后者的力學性能上。根據(jù)廠商提供的信息， C15A 含有 25% 的多余的層間物質(zhì)。這些層間物質(zhì)為二甲基二氫化動物酯氯化銨。有機硅酸鹽以黏土薄層聚集體的形式存在，表面還覆蓋有一層厚的石蠟油。很顯然，這樣的共混物是不會溶解在PA-6 之中的。但是， C15A

36、在 T180 時會經(jīng)歷 Hofmann 消去熱降解反應24（ 見反應式 1）Tanaka和Goettler的研究證明25純凈的黏土對PA-66的粘結(jié)強度高于其它任何有機硅酸鹽。對 PA-6基PNC的研究也得出了相同的結(jié)論26。因此，在混合 PA-6C15A體系時，層間物質(zhì)的消除伴隨著PA大分子向黏土裸露表面的遷移，而這將致使剝離由外層有機硅酸鹽團聚顆粒向內(nèi)層逐步發(fā)展。這個過程中黏土表面和 PA-6大分子之間沒有獨特的共價鍵，有的只是自由電子之間的相互作用。而且Hofmann消去反應要完全的進行時不太可能的。因此，被石蠟油覆蓋的黏土內(nèi)部不混容的部分必須與直接和聚合物相互作 用（這種作用會使體系變

37、得更強）的黏士共存。結(jié)果是混合體系韌性比PA1015C2更好，硬度則稍遜于后者。不同力學性能數(shù)據(jù)之間的關系圖2表明彎曲性能和拉伸性能之間是線性相關的，也就是說模量和屈服強度之間有 下面的關系：因此，由于模量的變化范圍為 1.54.0GPa之間，所以方程式 3可以寫為F E,同理 方程式4也可以大概的寫成：.色13仃。有意思的是在兩種變形模式中屈服強度都會隨著模量的增加而增加 （見圖7） o對PA-6也觀察到相同的依賴性，而基于它的納米復合 材料在TSE或者SSE混合生產(chǎn)線中制得。Ube PA1015C2具有最大的強度和模量。沖擊強度，NIRT （Jm）很難與拉伸和彎曲強度發(fā)生關聯(lián)。但是，表4中

38、的數(shù)據(jù)表明增加有機硅酸鹽的含量會提高沖擊強度。這是和大多數(shù)實驗作對比得到的，在這些實驗 中增加有機硅酸鹽的含量會降低沖擊強度28。圖8表示出了 NIRT與E之間的經(jīng)驗關系，模量越小沖擊強度越高。由SSE混合制得的PNC的力學數(shù)據(jù)表明縮放盤間隙越小，NIRT越高。值得注意的是Ube PNC在同樣的線上數(shù)據(jù)點與計算得到的數(shù)據(jù)相比有略微下降，同時如預期那樣是最剛性的，但沖擊強度(E/r)(t/N0)二飛 dEal EOOJ wS6IM4S loedE- poz 一 P9U2ONTensile modulus, E (GPa)醺e喇醋糠id its CPN0|tensinQWW;XwB版 Bampte

39、s卻是最低srr.pagd鼠 h ith TSS,黏土分散度與力學性能之間的關系在文章前面中用三個參數(shù)表征了黏土的分散度，用六個參數(shù)表征了材料的力學性能。由于拉伸和彎曲試驗結(jié)果中存在線性依賴關系，以下的關系便可得到確定：為了簡化問題，采用了線性回歸分析： = ,NIRT vs. x = f % I，M星JV =式彳)=詼口+盤 &KH +門W +處Xg (5) 一 表5給出了一般性結(jié)果，而拉伸模量和強度則分別由圖9和圖10給出。線性回歸分析表明拉伸模量依賴于dooi,對X e略微有依賴，對 N則沒有依賴。將E對dooi作圖(如圖9)由圖可知在允許的實驗誤差之內(nèi)，包括商業(yè)型納米復合材料UbePA

40、1015C2都說明兩者之間存在線性關系。當有機硅酸鹽含量為2wt%時，拉伸比Er =E(PNC)E(PA-6)=1.3 ,這與Halpin-Tsai對取向PNC的預測相一致。需要注意的是對同樣的體系，Shah和Paul實驗獲得的Er =1.12,只有對高分子量的基體樹脂(Mn=29.3kgmol) 作者才得至U Er =1.30.同樣的分析表明拉伸模量首先依賴于 X e其次才依賴于d00i。如表5所示，分散參數(shù)與（T的關聯(lián)性要比E差。但是更差的關聯(lián)性出現(xiàn)在斷裂伸長率和缺口懸臂梁沖擊強度與分散參數(shù)之間。在所有的情況下，方程中常數(shù)的錯誤比它的數(shù)值要更大。很顯然，PA-6基PNC的最終性能取決于一些

41、其它的物理量而不是黏土的分散程度（黏土團聚顆?；蛘呷缟匙踊蚴⒒蛘邇烧叨加械墓腆w顆粒）現(xiàn)在把注意力轉(zhuǎn)移到PP基PNC,很容易發(fā)現(xiàn)的是C15A含量為2wt%時，所有的參數(shù)均在很狹窄的范圍內(nèi)變化，也就是說d001=3.09-3.48nm,N=2.64-3.1,X e=0-29%;同樣地E=2.01-2.09GPa, b =35.4-36.1,NIRT=32.5-35.5（Jm）。由于實驗差錯，兩者之間的相關系很差，CD=0.27-0.42。實際上線性回歸分析表明拉伸模量和NIRT基本上不依賴于黏土分散度，而似乎是其它的因素控制著這些性能。例外的是屈服強度一 隨著N的增加而減?。ㄒ妶D11）。這種在屈

42、服形變時的行為可以得到合理化解釋，因為馬來酸化的PP-MA可以更容易的與暴露在外表的黏土發(fā)生反應。因此，每堆中黏土薄層的數(shù)目越多，團聚6UO-1So顆粒和PNC越弱。36.035,835.63542JB3 0 二二Number of ctey platelete per stack N ()FIGb 呼國號修扇聚新肱 uJ PXC 1st number 日： n|sb-found forthrough SSE + EFM-X IjC-D筆婚 f 馨 /嘲?硒雕 的章禺餐:母B 神靜瞰通彩SV貓蒯鼬1電值二廟革期I寓妣其它可能影響力學性能的因素性能PNC 的性能依賴于幾個因素，例如：黏土含量分散

43、程度（由 d001,N 和 XE 來表示）雜質(zhì)和微觀結(jié)構(gòu)的缺陷（固體顆粒，團聚顆?；蛘呖昭ǎ┙Y(jié)晶。如結(jié)晶度、晶體大小、晶體構(gòu)型（ a、 0或丫）聚合物和黏土的取向以及它在樣條的分散狀況有機硅酸鹽層間物、添加劑和聚合物基體樹脂的降解程度聚合物解纏結(jié)和交聯(lián)的程度黏土在混合和加工時的磨損其它因素由以上所提到的各種因素， 前面兩個因素可以忽略掉， 因為在本文中只使用了 2wt%的 C15A ，同時對黏土分散度的影響也已經(jīng)作了分析。在余下的因素中，雜質(zhì)、聚合物的解纏結(jié)或者交聯(lián)、黏土的磨損以及取向都沒有被研究，因此討論結(jié)晶和降解的影響時只能稍作分析。PA-6 基 PNC 具有較寬的分散度。模量和強度與剝離

44、程度之間有好的相關性。結(jié)果，在 PA-6 體系中，黏土的分散度決定了拉伸行為，而其它的因素控制著 NIRT 行為。PP+PP-MA 基 PNCs 混合時的變量對黏土的分散度具有很小的影響。而且，數(shù)據(jù)表明 Hofmann 消去反應（這個過程會導致黏土薄層的重新聚集）伴隨著黏土的分散。對這些 PNCs ，只有拉伸強度與分散度有關聯(lián)，而其它的因素似乎控制著模量和 NIRT 行為。DellAnno 在他的論文中 29 中介紹說所有所有試驗樣條的（包括PP 和含有不同含量黏土的 PNC ）拉伸模量隨著結(jié)晶度X=2846% 的增加而線性增加，也就是說體系的硬度是有基體控制的。但是他的文章中介紹 PP 基

45、PNC 時，結(jié)晶度則只有很小的變化，X=4144% 。因此模量與黏土分散度之間差的關聯(lián)度不能用結(jié)晶度來解釋?；w在混合時的降解程度可以通過熔體流動速率（ 230 攝氏度，重量為 2.16 千克時的 MFR ）的變化計算得到。由于 PP 對氧氣、溫度、機械力敏感，因此混合中發(fā)生降解是預料之中的。根據(jù)Basell 數(shù)據(jù)表， Pro-fax PDC1274 的 MFR 是 12gmin 。實驗中將樹脂在 180 攝氏度時經(jīng) SSE+EFM-3 或者 EFM-N （縮放盤最小間隙為 15 微米）所得的MFR=11.712.1dgmin ，因此是在MFR 實驗誤差 0.5dgmin 許可范圍之內(nèi)。顯然，

46、增加有機硅酸鹽和可混容的 PP-MAs 導致了 MFR=10.3 0.2 在 SSE 或 SSE+EFM-3 中的減小。使用 SSE+EFM-N 將 MFR 增加到大約 10.6 0.2dgmin ，這表明在大多數(shù)嚴苛的混合條件下 MFR 僅有少許的變化。因此， SSE+EFM 混合法能夠有效的提高有機硅酸鹽的分散，但同時對基體樹脂又有有利的作用。因此，模量與分散度之間差的關聯(lián)性不能用基體降解來解釋。總結(jié)和結(jié)論使用配備有SSE 和 SSE-N 的簡單擠出生產(chǎn)線能夠有效的熔融制得 PA-6 基或 PP 基地PNC 。用 CRD 和 TEM 方法都證明用這兩種體系比采用 TSE 、 TSE+GP

47、或者TSE+GP+EFM 體系能使黏土獲得更好的分散。對PA 或者 PP 基 PNC ，隨著 EFM 間隙的減小剝離程度得到提高。在SSE+EFM-N 中能使 C15A 在 PA-6 基體中完全剝離，在SSE+EFM-3 中則知識部分剝離。簡而言之，使用 SSE 作為基本的擠出機能獲得比 TSE更好的分散，同樣使用重新設計過的 EFM-N 能獲得比商業(yè)型EFM-3 更好的分散效果。SSE+EFM 比 TSE+GP+EFM 具有更好的混合性能的原因還不是很清楚。 Dennis etal30 認為分散度和停留時間以及停留時間分布之間具有最好的相關性。他們還發(fā)現(xiàn)在不是很苛刻的混合條件下能獲得更好的分

48、散效果。如表2 所示，在相同的產(chǎn)量下，物料在SSE+EFM 中的停留時間比在TSE+GP+EFM 中長。而且，前者的混合過程能夠產(chǎn)生更溫和的應力，因此證明了 Dennis et al 的觀察。但是，整個情況則要更復雜一些，因為為了產(chǎn)生好的分散效果和高的性能，必須要有設計合適且?guī)в行￠g隙的 EFM-N 。在 PA-6 基PNC 中能夠觀察到黏土分散度與力學性能之間具有良好的關聯(lián)系，比如拉伸模量和層間間隙之間的關系，以及拉伸強度與分散度之間的關系。實驗中發(fā)現(xiàn)隨著 PNC 硬度的增加沖擊強度出現(xiàn)了降低。但是，由 TSE 或者反應法制得的樣條則得到了與在SSE 中不同的依賴性。兩種混合方法的結(jié)果出現(xiàn)差

49、異的原因還沒有得到解決。在 PP 基 PNC 中，拉伸模量和黏土分散度之間具有高的關聯(lián)度，但拉伸模量和沖擊強度之間的關聯(lián)度則相當弱。很顯然， PNC 的性能不僅受黏土分散度的控制，同時還受其它因素的影響。參考文獻A. Okada and A. Usuki, Mater. Sci. Eng. C, 3, 109 (1995).L.A. Goettler and D.W. Recktenwald,“Nylon Nanocompos-ites:Performance Attributesand Potential Applications,” inAdditives 98 Conference, O

50、rlando, FL, February (1998).L.A. Utracki, Clay-Containing Polymeric Nanocomposites(2vols.), Rapra, Shawbury,UK (2004).L.A. Utracki (editor), Polymer Blends Handbook (2 vols.),Kluwer, Dordrecht, Netherlands (2002).S. Brauer, “P -234R Polymer Nanocomposites: Nanoparticles,Nanoclays andNanotubes, ” BCC

51、, Norwalk, Connecticut(2004).L. Ruban, S. Lomakin, and G.E. Zaikov, Int. J. Polym. Mater.,47, 117 (2000).(a) X.Q. Nguyen and L.A. Utracki, U. S. Patent 5,451,106(1995); (b) L.A. Utracki and A.Luciani, Canadian Patent2,217,374 (1997); (c) L.A. Utracki, D. Bourry, and A.Luciani,PCT Patent WO 9916540 (

52、1999).J.L. White, Twin Screw Extrusion: Technology and Princi-ples, Hanser, Munich (1990).L.A. Utracki and A. Luciani, Int. Plast. Eng. Technol., 2,37(1996).A. Luciani and L.A. Utracki, Int. Polym. Process., 11, 299(1996).“ExtensionalFow Mixer Technology May Soon Carve OutMajor Share of Markets, Technical Information, ” ExtensionalFlow Mixer Inc. Mississauga, ON, Canada (1999).L.A. Utracki, in Polymer Nanocomposites2003, Boucherville,QC, Canada, October6 -8 (2003).I. Manas-Zloczower and Z. Tadmor (editors), Mixing andCompounding of Polyme