管接头注塑模设计_毕业论文设计

（此文档为word格式，下载后您可任意编辑修改!管接头注塑模设计说明书摘要：针对管接头制品的结构，结合注塑模设计的特点，通过对塑件进行工艺的分析和比较，最终设 计出一套管接头注塑模具。本次设计从产品结构工艺性、具体模具结构出发，对模具的浇注系统、模 具成型部分的结构、冷却系统、顶出系统、注塑机的选择和有关参数的校核都进行了详细的设计，同 时简单的编制了模具的加工工艺。最终采用的注塑模为一模两腔的三板式模具，通过四面滑块和型芯 对制品进行成型，同时采用三次分型的方法实现制品的顶出和凝料的脱除。经设计标明该模具能够实 现制品的注塑成型弁满足预定的质量要求。关键词：注塑模具管接头 UG三维设计Abstract :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 structure 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 exactly 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 mouldPipe jointUG Three-dimensional design目录第一章绪论 3第二章塑件的工艺性分析 42.1 塑件的结构工艺分析 42.1.1 产品外观设计和 2D 尺寸图 52.1.2 产品技术要求 52.1.3 塑件工艺分析 522 塑件材料工艺性的分析 52.2.1 基本特性 62.2.2 材料的成型工艺性 62.2.3 塑件成型工艺参数的确定 623 计算塑件的体积和质量 7第三章注塑模的结构设计 73.1 分型面位置的确定 83.2 型腔数量和布置方式的确定 83.3 模具结构形式的确定 93.4 浇注系统的设计 93.4.1 浇口的设计 93.4.2 主流道的设计 103.4.3 冷料穴的设计 113.4.4 浇注系统最终方案的确定 113.5 注射机型号的确定 113.5.1 注射机的初选 113.5.2 注射机有关参数的校核 123.6 侧向抽芯机构 123.7 成型零件的设计 123.7.1 模具成型部分的结构设计 143.7.2 成型零件工作尺寸的计算 153.7.3 脱模推出机构设计 153.7.4 冷却系统的设计 163.7.5 模具结构草图的绘制 163.7.6 开合模过程 173.7.7 成型零件的加工工艺 173.7.8 成型零件材料的选用 173.7.9 模具的安装调试与维护 18第四章结论 19第五章致谢 20附录1 聚合物混炼设备（综述） 21附录2 聚合物基纳米复合材料拉伸流动混合器（翻译） 28第一章 绪论随着科学技术的发展，模具工业在国民经济中的地位越来越重要。利用模具成型塑件的方法实质是一种少切削、无切削、多工序重合的生产方法。采用模具成型工艺代替传统的切削加工工艺，可以大大的提高生产效率，保证零件质量，节约材料，降低成本，从而取得很高的经济效益。因此，模具成型方法在现代工业的主要部门中得到了极其广泛的应用。它已成为工业中进行大批量生产的重要技术手段，对于保证制品质量，缩短试制周期，进而争先占领市场，以及产品的更新换代和新产品的开发都具有决定性的意义，明显地成为国民经济发展的关键。近年来，模具增长十分迅速，高效率、自动化、大型、微型、精密、高寿命的模具在整个模具产量中所占的比重越来越大， 日本的模具产能约占全球的 40% ，居世界第一位，每年向国外出口大量模具。模具行业在美国工业总产值中所占的比重呈现出不断下降的态势，但是美国模具在全球模具的高端产品仍然占据着重要地位。德国拥有世界领先的汽车、船舶等制造技术，受上游行业需求影响，德国模具在世界上具有较为重要的地位。所以在许多方面与工业发达国家相比仍有较大的差距。例如，精密加工设备在模具加工设备中的比重比较低。第二章 塑件的工艺性分析图2-1 管接头产品图图2-2管接头产品图图1-3管接头产品2D尺寸图2.1.2 产品技术要求塑料零件的材料为 PVC,塑件要求外形美观，不允许有错牙现象，其内表面要求光洁美观，其工作面成型时不允许有浇口、顶杆痕迹，开模时要求不被动模型芯拉裂或者拉变形，以保证一定的机械强度。此塑件高为45mm ,最大宽度39.40mm 。查表-常用材料模塑件公差等级和选用(GBT14486 )、表-模塑件尺寸公差表(GBT14486 )得知，对精度要求一般，根据 PVC塑料的性质及特性，其精度等级可按 MT5来查并取其公差。2.1.3 塑件的工艺分析(1)该塑件尺寸中等且塑件同轴度等级较高，其内表面要求光洁美观,成型时不允许有浇口、顶杆痕迹，开模时要求不被定模型芯拉裂或者拉变形。所以采用的浇口形式要保证其表面精度。(2)该塑件为中小批量生产,塑件的形状较复杂。为了保证产品一定的机械强度,对于模具设计要求较高，产品不许有尖角，以免产生产品开裂现象。2.2.1 基本特性PVC 塑料（聚氯乙烯）是世界上产量最高的塑料品种之一。其原料来源丰富，价格低廉，性能优良，应用广泛。其树脂为白色或者浅黄色粉末，形同面粉，造粒后为透明块状，类似明矾。根据不同的用途加入不同的添加剂，聚氯乙烯塑件可呈现不同的物理性能和力学性能。在聚氯乙烯树脂中加入适量的增塑剂，可制成多种硬质、软质制品。纯聚氯乙烯的密度为 1.4gcm 3，加入了增塑剂和填料等的聚氯乙烯塑件的密度范围一般为 1.152.003 gcm 。硬聚氯乙烯不含或含有少量增塑剂。它的机械强度颇高，有较好的抗拉、抗弯、抗压和抗冲击性能，可单独用做结构材料；其介电性能好，对酸碱的抵抗能力极强，化学稳定性好；但成型比较困难，耐热性不高。软聚氯乙烯含有较多的增塑剂，柔软且富有弹性，类似橡胶，但比橡胶更耐光、更持久。在常温下其弹性不及橡胶，但耐蚀性优于橡胶，不怕浓酸、浓碱的破坏，不受氧气及臭氧的影响，能耐寒冷。成型性好，但耐热性低，机械强度、耐磨性及介电性能等都不及硬聚氯乙烯，且易老化。总的来说，聚氯乙烯有较好的电气绝缘性能，可以用做低频绝缘材料，其化学稳定性也较好。优于聚氯乙烯的热稳定性较差，长时间加热会导致分解，放出氯化氢气体，使得聚氯乙烯变色，所以其应用范围较窄，使用温度一般在-15 55 之间.2.2.2 材料的成型工艺性由于其熔体黏度高，所需的注射成型压力较高，因此塑件对型芯的包紧力较大，故塑件应采用较大的脱模斜度。另外熔体黏度较高，使PVC 制品易产生熔接痕，所以模具设计时应注意尽量减少系统对料流的阻力。 PVC 易吸水，成形加工前需要进行干燥处理。在正常的成形条件下， PVC 制品的尺寸稳定性较好2.2.3 塑件成型工艺参数查有关手册得到 PVC （抗冲）塑料的成形工艺参数：密度1.011.04gcm3收缩率 0.3%0.8%预热温度80 85 , 预热时间 23h料筒温度后段 150 170 , 中段 165180 前段 180C200 ;喷嘴温度170 180 模具温度50 80 注射压力60100MPa成形时间 注射时间 2090s ， 保压时间 05s ， 冷却时间 20150s2.2 计算塑件的体积和质量用 UG 软件测量出塑件的体积为5.744cm 3，查塑料注射模具设计实用手册表2.1 国产常用注射成型塑料名称及成型特性可知 PVC 的密度为 1.20gcm 3 , 计算可得其质量为 5.744 cm 3 x 1.20 gcm 3=6.9328g 。第三章 注塑模的结构设计3.1 分型面位置的确定如何确定分型面，需要考虑的因素比较复杂。由于分型面受到塑件在模具中的成型位置、浇注系统设计、塑件的结构工艺性及精度、嵌件位置形状以及推出方法、模具的制造、排气、操作工艺等多种因素的影响，因此在选择分型面时应综合分析比较，从几种方案中优选出较为合理的方案。选择分型面时一般应遵循以下几项原则：a) 保证塑料制品能够脱模这是一个首要原则，设置分型面的目的，就是为了能够顺利从型腔中脱出制品。根据这个原则，分型面应首选在塑料制品最大的轮廓线上，最好在一个平面上，而且此平面与开模方向垂直。分型的整个廓形应呈缩小趋势，不应有影响脱模的凹凸形状，以免影响脱模。b) 使塑件外形美观，容易清理尽管塑料模具配合非常精密，但塑件脱模后，在分型面的位置都会留有一圈毛边，我们称之为飞边。即使这些毛边脱模后立即割除，但仍会在塑件上留下痕迹，影响塑件外观，故分型面应避免设在塑件光滑表面上 。d) 尽量避免侧向抽芯塑料注射模具，应尽可能避免采用侧向抽芯，因为侧向抽芯模具结构复杂，并且直接影响塑件尺寸、配合的精度，且耗时耗财，制造成本显著增加，故在万不得己的情况下才能使用。e) 使分型面容易加工分型面精度是整个模具精度的重要部分， 力求平面度和动、 定模配合面的平行度在公差范围内。因此，分型面应是平面且与脱模方向垂直，从而使加工精度得到保证。如选择分型面是斜面或曲面，加工的难度增大，并且精度得不到保证，易造成溢料飞边现象。g) 使侧向抽芯尽量短抽芯越短，斜抽移动的距离越短，一方面能减少动、定模的厚度，减少塑件尺寸误差；另一方面有利于脱模，保证塑件制品精度。Lee,Chang Dae Han.Evolution of polymer blend morphology during compoundingin an internal mixerJ.Polymer,1999,40:6277-62966 于清溪，密闭式橡胶混炼机的技术现状及最近发展J 橡塑技术与装备.2010,36(9):4-167 唐孝先，近期橡胶混炼装置及技术开发状况 J 世界橡胶工业， 2009,29 (5) 30-358 CHIH-HSIANG YAO,ICA MANAS-ZLOCZOWER.Influence of 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University,2009,26(1):68-74聚合物基纳米复合材料拉伸流动混合器拉伸流动混合器（ EFM ）在工业上被用来均化反应物、聚合物共混、增塑剂的混合等。最近，一些实验室尝试使用 EFM 将有机硅酸盐分散在熔体聚合物中以制得聚合物基纳米复合材料。因此，通常把EFM 安装在配有齿轮泵的双螺杆挤出机上。使用 EFM 提高了填料的分散程度和制品的性能，这种提高在聚酰胺和热塑性聚酯中尤为明显，在聚烯烃和聚苯乙烯中则收效甚微。近来，为了提高 EFM 的效率，对商用型EFM-3 进行了改进。改进的方面主要是对能产生拉伸流动的缩放盘进行了重新设计，并且使用单螺杆挤出机对两种混合器（ EFM 和 EFM-3 ）进行了评价。实验在以下两种体系中进行： （ 1 ）添加了 C15A 的聚酰胺 6 树脂（ 2）添加马来酸化 PP 和 C15A 的聚丙烯树脂。混合样品由注射成型制得并对混合程度和力学性能做了测试，结果表明 EFM-N 的性能更为优异。混有 C15A 的 PA-6 经安装有 EFM-N 的单螺杆挤出机混合后，体系中的有机硅酸盐被剥离从而获得了高性能的聚合物基纳米复合材料。商业化聚合物基纳米复合材料是在预添加有活性阴离子的粘土存在的条件下， -己内酰胺进行缩聚反应制得。两种复合材料相比，前者的性能与后者相当甚至更优。引言当前，聚合物基纳米复合材料（ PNCs） 的制备方法主要是反应法。也就是在预添加有活性剂的天然或人工粘土的存在下，对给定的单体进行聚合反应 1-3 。只有那些能够把至少一条生产线用于PNC 生产的树脂厂家才能采用这种方法。可靠而简单的熔体混合方法的开发将会使PNC 产品转移到对最终产品进行混合和生产的厂家，而这些厂家才是多组分体系的主要生产者 4 。这种技术革新将增加生产的灵活性，具有期望性能的纳米材料也可以在使用之前马上进行生产。毫无疑问这将加快PNCs 产品市场化的步伐。PNCs 是最近才商业化的材料，年增长率为 18.4% ，如 2004 年该行业的收入为 1.95亿美元而 2008 年则达到了 3.11 亿美元 5 。 PNCs 材料的主要应用领域为汽车行业（如通用、三菱和丰田汽车） 。到 2009 年，美国对PNCs 的消耗量将达到 550ktony6 。这些消耗主要集中在包装、家电、房屋建筑、市政建设、电力、电子、草坪、花园和电力工具等方面。就目前而言，聚酰胺树脂和由它而制得的 PNC 产品成本相差 10% 左右。绝大多数的混合机和塑化机都是在剪切场下工作,拉伸部分仅仅存在于流动方向不平行的区域。然而，理论研究表明剪切分散作用的能源利用率较低，同时就混合而言组分的黏度比也被限制在较低的数值范围内。相对而言，拉伸流动在以下几方面比剪切流动更有优势。1. 能源的利用率比剪切流动高几个数量级2. 不受黏度比的限制3. 产生更好的分散和分布混合作用4. 拉伸流动产生的温升为 13 5. 不会像剪切那样引起固体粒子的重新聚集6. 不论是在静态还是动态混合器里，都可以采用缩放流道经济地产生拉伸流动这些优点促使NRCCIMI 开发拉伸流动混合器（ EFM ） 7 。将其安装在单螺杆挤出机（ SSE ）上就可得到用于混合、合金化、或者均化聚合物熔体但价格却不昂贵的机器。单螺杆挤出机能够熔融并挤出聚合物熔体，但它的混合性能也是公认的很差。而且。作为纯剪切机器，它可能因为剪切生热而使熔体温度超过设定温度，超过幅度最高可达70，从而引起聚合物的热降解。作为一种选择，可以采用配备了齿轮泵的双螺杆挤出机（ TSE ）。 TSE 能更好的对混合过程进行控制，但固定投入和操作费用却比 SSE 高8 。为了产生足够的压力必须使用齿轮泵，而这将会增加资金投入，带来更多的技术问题。就聚合物共混物的制备而言， SSE+EFM 系统不仅价格上比 TSE 便宜好几倍，而且使用上也常常比 TSE 好 9-10 。如薄膜树脂中凝胶颗粒的去除， 将弹性体添加到热塑性塑料当中，或者混合两种不相容的聚合物。 这些结果可依据混合的理论分析得到。 实际上， EFM在熔体均化和熔体融化方面表现得相当不错。但是，将一种聚合物熔体分散在另一种聚合物熔体之中的理论与将固体颗粒聚集体分散在聚合物熔体之中是不相同的，要采用前种理论描述后者时必须对该理论进行修正。EFM 是唯一采用拉伸流动场来产生混合的机器。 1999 年，汽车工业协会（ IMI ）将该混炼器授权给EFM 公司，允许该公司生产和分配EFM11 。 2004 年初，该授权被终止。过去的几年里， 采用商业化 EFM-3 将有机硅酸盐分散在极性热塑性塑料中取得了出于意料的好成果12 。混合理论表明拉伸流场的混合效率比剪切流场高四倍13 。将含 4wt% 有机硅酸盐的 PET 在 TSE+GP+EFM-3 中混合，所得产品的拉伸模量提高了70%14,15。但是，将有机硅酸盐分散在非极性聚合物（如 PP和PS）中，然后将其在TSE+GP+EFM-3 中混合所得效果则没有这么成功 16,18 。初步使用 EFM 来生产 PNC 表明（ 1 ）稳态热力学决定剥离过程能否发生（2）混合起着动力的作用，它将加速剥离过程，但前提是该系统是热力学互溶系统（3 ）由于有机硅酸盐不同的分散机理（与一种液体分散在另一种液体中比较而言） ，流道的几何结构也就是EFM 缩放盘的外形应该加以改进。持续增长的使用要求使得 EFM 更加通用化，更加适用于分散粘土、有机硅酸盐、碳纳米管、碳晶须、炭黑、硅胶等纳米粒子。因此，设计新型的缩放流道对于纳米复合材料是必须的。关键问题就是对纳米聚集体流动和取向的理解，对拉伸场和剪切场必要的顺序和强度的理解。日本钢铁公司和 NRCIMI 公司在设计和测试EFM-N 上进行了共同合作， 该 EFM-N 带有新的缩放流道。在这篇文章中，我们将介绍它们在合作中取得的初步成果。广泛的测试程序涉及到两种类型的 PNC 在不同组分和不同加工条件下的混合。 由于空间的限制，我们主要关注使用 SSE+EFM-N 连续生产 PA6 基纳米复合材料。出于对比的需要，这些混合物将会与由 SSE+EFM-3 、 TSE+GP+EFM 和 TSE+GP 制得的混合物进行比较。实验混合实验中用到的材料性能如表一。在氮气的氛围下进行两步混合，第一步由 TSE 制得母粒，基体树脂由料斗处加入， C15A 由侧进料口加入，料筒温度T=180 ，物料为 PA6时 T=240 ， PP 时 T=200 。第二步，用适量的聚合物稀释母料，挤出机采用 SSE （螺杆长 63.5mm ， LD=24 ，有干燥混合元件）或者是Leitriz-34mmTSE （同向旋转， LD=40 ，螺杆转速 N=200rpm, 产量 Q=510Kg 5500R 型 1125 测试机对拉伸和弯曲性能进行了测试。杨氏模量由最小二乘方拟合法对形变小于 0.2% 的应力应变数据进行拟合而计算得到。弯曲试验中，支撑宽度为 59mm 。使用 Instron Model8200 冲击试验机在室温下进行了缺口悬臂梁冲击试验。本文中所提到的性能指标均是对单个样条进行了至少 10 次试验所得数据的平均值。在测试之前，PA6样条在真空50摄氏度下干燥了至少31天。结果将C15A分散在PA6中的混合条件如表3所示。对PPPP-MAC15A 体系进行了相同的 一系列测试(但是温度不同)。相容性混合物，PP-MA ,含有同等数量的PP-MA1和 PP-MA2 (见表1)。如果C15A的含量为X wt% ,那么PP-MA的含量则为2X。在这篇 文章中只讨论 C15A含量为2wt%的情况。由于黏土薄层的平均平面比例P=287 士 9,所有它们在高作用力下的自由旋转是不可能的20。表4列出了拉伸、冲击和 XRD的数据。拉伸性能由四个参数进行表征：杨氏模量E ( GPa),屈服强度d (MPa),断裂强度a b(MPa),以及断裂伸长率 b ( % )。室 温下的缺口悬臂梁冲击强度的数据列在了旁边。表中没有给出弯曲测试数据，因为弯 曲模量和强度与拉伸参数线性相关，见图2a和2b。FIGX 理蹴墉A区翻蹄鼬I牌珈11就希S4寻册心啕AtfrCP国 Plot for Hioduli iand|ibi plot !for tiie sirentitji at ild*XRD扫描(见图3)用三个参数来表征：层问间隙 d001(Eq.1),每堆中平均薄片数，N (Eq.2)剥离程度XE , XE由最高点下的面积求得。Braggs方程如下蠢r 二四A2 sinn为整数，0为X光的入射角(或反射角)。根据Scherrer关系由X光峰加宽可计 算得到黏土堆的分散层数ts.由ts和d001便可由下面公式计算得到 N.那=看+4/盛博(2J式中 ts0.9 入(B12cos 0b),Bi2父 01-e2,B12 是半高处的宽度 (Imax2),伯里(0 1+0 2)2.XE可以通过主散射峰下的面积和适合基体树脂的指数衰减曲线的对比得到。图4给出了三种混合样品的显微照片，三种样品分别是PA-0,PA-3和含有2 wt%的PA-4,它们分别由 SSE、SSE+EFM-3,EFM+EFM-N 挤出成型。使用 EFM时，缩放盘问隙为 30 微米。值得注意的是，在PA-0 挤出时没有EFM 但也出现了剥离现象，但是样品中存在有较大的有机硅酸盐聚集块。增加EFM-3 或者 EFM-N 之后消除了这些团聚颗粒同时也增加了剥离的程度，甚至超过了用Ube PA1015C2 获得的值。讨论缩放盘间隙对黏土分散的影响图5给出了 PA-6基PNC在不同EFM间隙时的dooi,X e和N。对EFM而言，在允许的实验误差之内，这三个参数保持恒定，而在EFM-N 中 d001 ,X E 随着 EFM 间隙的减小而增大。含2 wt%C15A 的 PA-6 经 SSE+EFM-N （缩放盘间隙较大）挤出后，留有少量的团聚颗粒同时N=3.2 0.1 ，这些结果与计算得到的数值相似。只有当缩放盘间隙很小的时候，大约h30微米时,N减小到2.1,同时X e增大能能观察到的最大值97.1%.进一步将间隙减小到 15 微米不会提高分散效果,这可能是因为在高的应力流动区域会有低的物料停留时间。图 6 给出了 PP 基 CPNC 的相同信息。除了最小间隙h=15 微米（这种低间隙导致的降解会使得层问间隙的塌陷）以外，dooi里3.45 土 0.05nm , N 3与缩放盘的间隙大小没有关系。随着缩放盘间隙的减小，只有X E 略微增加，增加幅度EFM-N 比 EFM-3 大。这种影响似乎表明黏土的分散机理是将聚集体的外层薄片剥离。图5和图6的数据表明EFM将同样的有机硅酸盐分散在PA-6和PP+马来酸化PP基体中的能力是不同的。 采用 SSE+EFM-N 时，前一个体系被剥离。 由于对 Ube PA1015C2 类比计算得到的剥离度比混合样条的低，因而该结果显得特别重要。值得注意的是商业型PNC是通过将有机硅酸盐（蒙脱土中预添加了a氨基十二烷基酸）分散在 己内酰胺中，然后悬浮聚合得到。这个过程中，在ADA 的作用下基体树脂和黏土之间形成了共价键，而这则成为了大分子链的第一个结构单元。 1,21-23与反应法制得的 PA1015C2 相比，由 PA-6 和 C15A 混合制得的 PNC 具有更复杂的结构，这反映在后者的力学性能上。根据厂商提供的信息， C15A 含有 25% 的多余的层间物质。这些层间物质为二甲基二氢化动物酯氯化铵。有机硅酸盐以黏土薄层聚集体的形式存在，表面还覆盖有一层厚的石蜡油。很显然，这样的共混物是不会溶解在PA-6 之中的。但是， C15A 在 T180 时会经历 Hofmann 消去热降解反应24（ 见反应式 1）Tanaka和Goettler的研究证明25纯净的黏土对PA-66的粘结强度高于其它任何有机硅酸盐。对 PA-6基PNC的研究也得出了相同的结论26。因此，在混合 PA-6C15A体系时，层间物质的消除伴随着PA大分子向黏土裸露表面的迁移，而这将致使剥离由外层有机硅酸盐团聚颗粒向内层逐步发展。这个过程中黏土表面和 PA-6大分子之间没有独特的共价键，有的只是自由电子之间的相互作用。而且Hofmann消去反应要完全的进行时不太可能的。因此，被石蜡油覆盖的黏土内部不混容的部分必须与直接和聚合物相互作 用（这种作用会使体系变得更强）的黏士共存。结果是混合体系韧性比PA1015C2更好，硬度则稍逊于后者。不同力学性能数据之间的关系图2表明弯曲性能和拉伸性能之间是线性相关的，也就是说模量和屈服强度之间有 下面的关系：因此，由于模量的变化范围为 1.54.0GPa之间，所以方程式 3可以写为F E,同理 方程式4也可以大概的写成：.色13仃。有意思的是在两种变形模式中屈服强度都会随着模量的增加而增加 （见图7） o对PA-6也观察到相同的依赖性，而基于它的纳米复合 材料在TSE或者SSE混合生产线中制得。Ube PA1015C2具有最大的强度和模量。冲击强度，NIRT （Jm）很难与拉伸和弯曲强度发生关联。但是，表4中的数据表明增加有机硅酸盐的含量会提高冲击强度。这是和大多数实验作对比得到的，在这些实验 中增加有机硅酸盐的含量会降低冲击强度28。图8表示出了 NIRT与E之间的经验关系，模量越小冲击强度越高。由SSE混合制得的PNC的力学数据表明缩放盘间隙越小，NIRT越高。值得注意的是Ube PNC在同样的线上数据点与计算得到的数据相比有略微下降，同时如预期那样是最刚性的，但冲击强度(E/r)(t/N0)二飞 dEal EOOJ wS6IM4S loedE- poz 一 P9U2ONTensile modulus, E (GPa)醺e喇醋糠id its CPN0|tensinQWW;XwB版 Bamptes却是最低srr.pagd鼠 h ith TSS,黏土分散度与力学性能之间的关系在文章前面中用三个参数表征了黏土的分散度，用六个参数表征了材料的力学性能。由于拉伸和弯曲试验结果中存在线性依赖关系，以下的关系便可得到确定：为了简化问题，采用了线性回归分析： = ,NIRT vs. x = f % I，M星JV =式彳)=诙口+盘 &KH +门W +处Xg (5) 一 表5给出了一般性结果，而拉伸模量和强度则分别由图9和图10给出。线性回归分析表明拉伸模量依赖于dooi,对X e略微有依赖，对 N则没有依赖。将E对dooi作图(如图9)由图可知在允许的实验误差之内，包括商业型纳米复合材料UbePA1015C2都说明两者之间存在线性关系。当有机硅酸盐含量为2wt%时，拉伸比Er =E(PNC)E(PA-6)=1.3 ,这与Halpin-Tsai对取向PNC的预测相一致。需要注意的是对同样的体系，Shah和Paul实验获得的Er =1.12,只有对高分子量的基体树脂(Mn=29.3kgmol) 作者才得至U Er =1.30.同样的分析表明拉伸模量首先依赖于 X e其次才依赖于d00i。如表5所示，分散参数与（T的关联性要比E差。但是更差的关联性出现在断裂伸长率和缺口悬臂梁冲击强度与分散参数之间。在所有的情况下，方程中常数的错误比它的数值要更大。很显然，PA-6基PNC的最终性能取决于一些其它的物理量而不是黏土的分散程度（黏土团聚颗粒或者如沙子或石英或者两者都有的固体颗粒）现在把注意力转移到PP基PNC,很容易发现的是C15A含量为2wt%时，所有的参数均在很狭窄的范围内变化，也就是说d001=3.09-3.48nm,N=2.64-3.1,X e=0-29%;同样地E=2.01-2.09GPa, b =35.4-36.1,NIRT=32.5-35.5（Jm）。由于实验差错，两者之间的相关系很差，CD=0.27-0.42。实际上线性回归分析表明拉伸模量和NIRT基本上不依赖于黏土分散度，而似乎是其它的因素控制着这些性能。例外的是屈服强度一 随着N的增加而减小（见图11）。这种在屈服形变时的行为可以得到合理化解释，因为马来酸化的PP-MA可以更容易的与暴露在外表的黏土发生反应。因此，每堆中黏土薄层的数目越多，团聚6UO-1So颗粒和PNC越弱。36.035,835.63542JB3 0 二二Number of ctey platelete per stack N ()FIGb 呼国号修扇聚新肱 uJ PXC 1st number 日： n|sb-found forthrough SSE + EFM-X IjC-D笔婚 f 馨 /嘲?硒雕 的章禺餐:母B 神静瞰通彩SV猫蒯鼬1电值二庙革期I寓妣其它可能影响力学性能的因素性能PNC 的性能依赖于几个因素，例如：1. 黏土含量2. 分散程度（由 d001,N 和 XE 来表示）3. 杂质和微观结构的缺陷（固体颗粒，团聚颗粒或者空穴）4. 结晶。如结晶度、晶体大小、晶体构型（ a、 0或丫）5. 聚合物和黏土的取向以及它在样条的分散状况6. 有机硅酸盐层间物、添加剂和聚合物基体树脂的降解程度7. 聚合物解缠结和交联的程度8. 黏土在混合和加工时的磨损9. 其它因素由以上所提到的各种因素， 前面两个因素可以忽略掉， 因为在本文中只使用了 2wt%的 C15A ，同时对黏土分散度的影响也已经作了分析。在余下的因素中，杂质、聚合物的解缠结或者交联、黏土的磨损以及取向都没有被研究，因此讨论结晶和降解的影响时只能稍作分析。PA-6 基 PNC 具有较宽的分散度。模量和强度与剥离程度之间有好的相关性。结果，在 PA-6 体系中，黏土的分散度决定了拉伸行为，而其它的因素控制着 NIRT 行为。PP+PP-MA 基 PNCs 混合时的变量对黏土的分散度具有很小的影响。而且，数据表明 Hofmann 消去反应（这个过程会导致黏土薄层的重新聚集）伴随着黏土的分散。对这些 PNCs ，只有拉伸强度与分散度有关联，而其它的因素似乎控制着模量和 NIRT 行为。DellAnno 在他的论文中 29 中介绍说所有所有试验样条的（包括PP 和含有不同含量黏土的 PNC ）拉伸模量随着结晶度X=2846% 的增加而线性增加，也就是说体系的硬度是有基体控制的。但是他的文章中介绍 PP 基 PNC 时，结晶度则只有很小的变化，X=4144% 。因此模量与黏土分散度之间差的关联度不能用结晶度来解释。基体在混合时的降解程度可以通过熔体流动速率（ 230 摄氏度，重量为 2.16 千克时的 MFR ）的变化计算得到。由于 PP 对氧气、温度、机械力敏感，因此混合中发生降解是预料之中的。根据Basell 数据表， Pro-fax PDC1274 的 MFR 是 12gmin 。实验中将树脂在 180 摄氏度时经 SSE+EFM-3 或者 EFM-N （缩放盘最小间隙为 15 微米）所得的MFR=11.712.1dgmin ，因此是在MFR 实验误差 0.5dgmin 许可范围之内。显然，增加有机硅酸盐和可混容的 PP-MAs 导致了 MFR=10.3 0.2 在 SSE 或 SSE+EFM-3 中的减小。使用 SSE+EFM-N 将 MFR 增加到大约 10.6 0.2dgmin ，这表明在大多数严苛的混合条件下 MFR 仅有少许的变化。因此， SSE+EFM 混合法能够有效的提高有机硅酸盐的分散，但同时对基体树脂又有有利的作用。因此，模量与分散度之间差的关联性不能用基体降解来解释。总结和结论使用配备有SSE 和 SSE-N 的简单挤出生产线能够有效的熔融制得 PA-6 基或 PP 基地PNC 。用 CRD 和 TEM 方法都证明用这两种体系比采用 TSE 、 TSE+GP 或者TSE+GP+EFM 体系能使黏土获得更好的分散。对PA 或者 PP 基 PNC ，随着 EFM 间隙的减小剥离程度得到提高。在SSE+EFM-N 中能使 C15A 在 PA-6 基体中完全剥离，在SSE+EFM-3 中则知识部分剥离。简而言之，使用 SSE 作为基本的挤出机能获得比 TSE更好的分散，同样使用重新设计过的 EFM-N 能获得比商业型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还不是很清楚。 Dennis etal30 认为分散度和停留时间以及停留时间分布之间具有最好的相关性。他们还发现在不是很苛刻的混合条件下能获得更好的分散效果。如表2 所示，在相同的产量下，物料在SSE+EFM 中的停留时间比在TSE+GP+EFM 中长。而且，前者的混合过程能够产生更温和的应力，因此证明了 Dennis et al 的观察。但是，整个情况则要更复杂一些，因为为了产生好的分散效果和高的性能，必须要有设计合适且带有小间隙的 EFM-N 。在 PA-6 基PNC 中能够观察到黏土分散度与力学性能之间具有良好的关联系，比如拉伸模量和层间间隙之间的关系，以及拉伸强度与分散度之间的关系。实验中发现随着 PNC 硬度的增加冲击强度出现了降低。但是，由 TSE 或者反应法制得的样条则得到了与在SSE 中不同的依赖性。两种混合方法的结果出现差异的原因还没有得到解决。在 PP 基 PNC 中，拉伸模量和黏土分散度之间具有高的关联度，但拉伸模量和冲击强度之间的关联度则相当弱。很显然， PNC 的性能不仅受黏土分散度的控制，同时还受其它因素的影响。参考文献1. 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