（机械设计及理论专业论文）聚对苯二甲酸乙二醇酯pet挤出发泡成型的研究.pdf

学位论文数据集 中图分类号 t 0 3 2 学科分类号 4 6 0 2 0 论文编号 10 0 10 2 0 1 10 6 1 6 密级公开 学位授予单位代码 1 0 0 1o 学位授予单位名称北京化工大学 作者姓名 陈志兵学号 2 0 0 8 0 0 0 6 1 6 获学位专业名称机械设计及理论获学位专业代码 0 8 0 2 0 3 非金属材料成型理论与 课题来源自选研究方向 设备设计 论文题目聚对苯二甲酸乙二醇酯( p e t ) 挤出发泡成型的研究 关键词 聚对苯二甲酸乙二醇酯( p e t ) ，熔体强度，挤出发泡 论文答辩日期2 0 1 1 年5 月2 6 日论文类型应用研究 学位论文评阅及答辩委员会情况 姓名职称工作单位学科专长 指导教师何继敏副研究员北京化工大学 聚合物加工 评阅人1薛平 研究员，博导 北京化工大学聚合物加工 评阅人2金志明副研究员北京化工大学聚合物加工 答辩委员会主席张玉霞高级工程师北京工商大学聚合物加工 答辩委员1吴大鸣研究员，博导北京化工大学精密技术 答辩委员2薛平研究员，博导北京化工大学聚合物加工 答辩委员3何亚东研究员，博导北京化工大学聚合物加工 答辩委员4李庆春研究员北京化工大学聚合物加工 答辩委员5金志明副研究员北京化工大学聚合物加工 答辩委员6刘颖副研究员北京化工大学聚合物复合材料 答辩委员7任冬云副研究员北京化工大学聚合物加工 答辩委员8闫宝瑞高级工程师北京化工大学机电控制 答辩委员9信春铃副研究员北京化工大学高分子材料 答辩委员1 0刘广建高级工程师北京化工大学聚合物加工 答辩委员1 1王伟明副研究员北京化工大学聚合物加工 摘要 聚对苯二甲酸乙二醇酯( p e t ) 挤出发泡成型的研究 摘要 聚对苯二甲酸乙二醇酯( p e t ) 发泡材料具有优良的耐热性、隔热性、 水汽阻隔性和力学性能，密度小，可回收利用，环保性能好，应用于多个 领域，市场前景广阔。p e t 挤出发泡成型可以实现连续化生产，符合工业 化生产的要求。但p e t 熔点较高，加工温度范围窄，熔体强度低，挤出 发泡成型困难。目前国外己开发出多种p e t 发泡制品，而国内关于p e t 挤出发泡的研究成果很少。本文采用化学挤出发泡法制备表观密度较低、 泡孔细密均匀的p e t 发泡材料，对促进我国p e t 发泡工业化发展有重要 立、， 思义。 本文制定了p e t 挤出发泡的工艺路线，根据p e t 的加工特性设计了 适合p e t 挤出发泡的专用螺杆，对p e t 的熔体强度改性并进行流变性能 分析，在此基础上系统研究了配方、设备和工艺对试样发泡效果的影响， 确定了最佳配方和工艺参数。主要得到以下结论： ( 1 ) 通过p e t 的熔体强度改性及流变性能分析，表明加入扩链剂 ，a 和热塑性弹性体能有效地改善p e t 的熔体强度；扩链剂k l a 的熔 体强度改性效果优于扩链剂p m d a 。 ( 2 ) 通过研究配方各组分对p e t 发泡效果的影响，表明扩链剂k l a 比扩链剂p m d a 更能有效地改善试样的发泡效果；当采用o 8 份扩链剂 k l a 、2 0 份吸热型化学发泡剂c 1 时，试样的发泡效果最优；加入适量 的热塑性弹性体能有效地减少p e t 挤出定型时的缩痕，提高试样的形状 保持性，并能进一步改善泡孔结构。 ( 3 ) 根据p e t 的挤出特性设计了专用螺杆，通过与通用型螺杆进行 对比，表明螺杆结构设计合理，改善了发泡效果；通过采用一步挤出发泡 法和两步挤出发泡法的两种工艺路线对比，表明两步挤出发泡法发泡效果 更好。 ( 4 ) 通过研究螺杆转速、机筒温度和机头温度等工艺参数对试样发 泡效果的影响，得到p e t 挤出发泡的最佳工艺参数。实验表明提高螺杆 转速，降低机筒温度和机头温度有利于改善发泡效果；当机筒温度为 2 6 5 ，机头温度为2 2 0 ，螺杆转速为3 0 r m i n 时试样发泡效果最好。 ( 5 ) 本实验得到的较好的p e t 发泡试样，表观密度o 5 3 o 8 3g c m 3 ， 泡孔尺寸5 4 7 7 岬。这种发泡效果已达到甚至优于国外挤出化学发泡的 发泡效果( 泡孔平均尺寸6 5 岬，试样密度为o 5 o 9 c m 3 ) 。 关键词：聚对苯二甲酸乙二醇酯( p e t ) ，熔体强度，挤出发泡 a b s t r a c t r e s e a r c ho ne x t r u s i o nf o a m i n go f p o l y e t h y l e n e t e r e p h t h a l a t e ( p e t ) a b s t r a c t p o l y e t h y l e n et e r e p h t h a l a t e ( p e t ) f o a m e dm a t e r i a lh a se x c e l l e n tt h e n n o s t - a b i l i t y ，t h e r m a l i n s u l a t i o n ，w a t e 叩r o o f n e s sa n dw e l lm e c h a n i c a lp r o p e n i e s ，a s w e l la si t sl o wd e n s i t y ，w e l lr e c y c l a b i l i t ya n dl i t t l ee n v i r o m n e n t a li m p a c t w h i c hm a k ei ta v a i l a b l ei nm a n y6 e l d sw i t he x t e n s i v em a r k e tf o r e g r o u n d n e v e i r t h e l e s s ，f o a m i n go fp e ti sc r e a t i n gc h a l l e n g e sd u et o i t s s t r o n g s e n s i b i l i t yt om o i s t u r e ，h i g hm e l t i n gp o i n t ，n a l l r o wf o r m i n gt e m p e r a t u r er a n g e a n dl o wm e l t s t r e n g t h a t p r e s e n t ， s e v e r a lp e tf o a m i n gp r o d u c t sw e r e p r o d u c e da b r o a dw h i l el i t t l er e s e a r c ho fp e tf o a m i n gw a sc a e do u ti no u r c o u n t r y c o n t i n o u sf a b r i c a t i o no fp e tf o a mc a nc o m et r u eb ye x t r u s i o n f i o a m i n g ，w h i c hm e e tt h er e q u i r e m e n to fi n d u s t r i a l i z a t i o n i nt h i sp a p e r p e t f o a m i n gm a t e r i a l sw i t hl o wa p p a r e n td e n s i t ya n d6 n eu n i f o mc e l l sw e r e g a i n e db yc h e m i c a le x t r u s i o nf o a m i n gm e t h o d ，w h i c hw o u l dm a k eg r e a t s i g n i f i c a n c et oi m p r o v ep e tf o a m i n gi n d u s t r i a l i z a t i o ni no u rc o u n t 够 i nt h i sp a p e r ，p e te x t r u s i o nf o a m i n gp r o c e s sr o u t e sw e r ee s t a b l i s h e d ， 北京化下人学硕i ：学位论文 s p e c i a l i z e ds c r e ww a sd e s i g n e do nt h eb a s i so fc h a r a c t e r i s t i c so fp e t ， m e l t s t r e n g t ho fp e tw a se n h a n c e d ，a n dr h e o l o g i c a lp r o p e r t i e s o fp e tw e r e a n a l y s e d 0 nt h a tb a s i s ，e f f e c to ff o r m u l a ， e q u i p m e n t a n d p r o c e s s i n g p a r a m e t e r so nf o a m i n ge f f e c t so fs a m p l e sw e r es y s t e m a t i c a l l ys t u d i e d ，t h e o p t i m a lf o r m u l a ， a n dt e c h n o l o g i c a lp a r a m e t e r sw e r es u m m a r i z e d行n a l l y c o n c l u s i o n sw e r eg a i n e da sf o l l o w ： ( 1 ) a c c o r d i n gt or h e o l o g i c a lp r o p e r t i e sa n a l y s i so fm e l ts t r e n g t hm o d i f i e d p e t ，i tw a si n d i c a t e dt h a tm e l ts t r e n g t ho fp e tw a si m p r o v e de f f e c t i v e l yb y c h a i ne x t e n d e rk l aa n dt h e r m o p l a s t i ce l a s t o m e ra d d e d ，a n dc h a i ne x t e n d e r k l aw a sm o r ee 街c i e n tt h a nc h a i ne x t e n d e rp m d a ( 2 ) a c c o r d i n gt ot h ee f f e c to ff o r n l u l ao nf o a m i n ge f f e c t so fs a m p l e s ，i t w a si n d i c a t e dt h a tc h a i ne x t e n d e rk l aw a sm o r ee m c i e n tt oi m p r o v et h e f o a m i n ge f f e c t so fs 锄p l e s ；s a m p l e so fb e s tf o a m i n ge f f e c tw e r eg a i n e dw i t h o 8 p h rc h a i ne x t e n d e rk l aa n d2 o p h re n d o t h e r m i cc h e m i c a lf o a m i n ga g e n t c - 1 ；s i m ( m a r k so fs a m p l e sw e r er e d u c e dw h e ne x t m d e d ，s h a p e so fs a m p l e s w e r ek e p ta n dc e l ls t r u c t u r e sw e r ei m p r o v e 如r t h e rb yt h e r m o p l a s t i ce l a s t o m e r a d d e do ff - a i ra m o u n t ( 3 ) a c c o r d i n gt oc o m p a r i s o nb e t w e e ns p e c i a l i z e ds c r e wd e s i g n e da n d g e n e r a lt y p es c r e w i tw a si n d i c a t e dt h a ts t n j c t u r ed e s i g no fs p e c i a l i z e ds c r e w w a sr e a s o n a b l ea n df o a m i n ge f r e c t sw e r eb e t t e r b ys p e c i a li z e d s c r e w a c c o r d i n gt oc o m p a r i s o nb e t w e e nt w op r o c e s sr o u t e s ，i tw a si n d i c a t e dt h a t s a m p l e sb yt 、v o s t e pe x t m s i o nf o m i n gm e t h o dp r e s e n tb e t t e rf o a m i n ge f j i e c t s i v a b s t r a c t w i t hs m o o t h e rs u r f a c e ，m o r eu n i f o md i s t m b u t i o no fc e l ls i z ea n dc e l l p o s l t l o n ( 4 ) a c c o r d i n gt o e 矗e c to fs c r e ws p e e d ，b a r r e l t e m p e r a t u r ea n dd i e t e m p e r a t u r eo np e tf o a m i n ge f f e c t s ，i tw a si n d i c a t e dt h a tf o a m i n ge f 亿c t s w e r ei m p r o v e db yi n c r e a s i n gs c r e ws p e e do rd e c r e a s i n gb a r r e lt e m p e r a t u r e a n dd i et e m p e r a t u r e s a m p l e so fb e s tf o a m i n ge f f e c tw e r eg a i n e dw i t hb a r r e l t e m p e r a t u r eo f2 6 5 ，d i et e m p e r a t u r eo f2 2 0 a n ds c r e ws p e e do f3or 】n i n ( 5 ) f i n ep e tf o 锄i n gs a m p l e sw e r eg a i n e dw i t h 叩p a r e md e n s i t yr a n g e f r o mo 5 3 c m 3t oo 8 3 c m 3a n dc e l ls i z er a n g e 行o m5 5 u mt o7 7 u m t h i s f o a m i n gl e v e lh a sr e a c ho re v e ne x c e e d e dt h a ta b r o a db yc h e m i c a le x t r u s i o n f o a m i n gw i t hc e l lm e a ns i z eo f6 5 ma n da p p a r e n td e n s i t yr a n g e 抒o mo 5 c m 3t oo 8 3 9 c m 3 k e yw o r d s ：p o l y e t h y l e n et e r e p h t h a l a t e ( p e t ) ，m e l ts t r e n 舀h ，e x t r u s i o n f o a m i n g v 日录 目录 第一章绪论1 1 1 引言l 1 2 发泡p e t 的性能及应用1 1 2 1 发泡p e t 的性能1 1 2 2 发泡p e t 的制品及应用1 1 3p e t 发泡成型的难点6 1 4 提高p e t 熔体强度的方法8 1 4 1 固相缩聚法8 1 4 2 增黏改性法8 1 5p e t 发泡工艺的研究进展l o 1 5 1 釜压发泡法1 0 1 5 2 模压发泡法1o 1 5 3 挤出发泡法。1 1 1 6p e t 发泡成型机理1 7 1 6 1p e t 挤出发泡成型过程17 1 6 2p e t 发泡过程中泡孔的成型原理1 7 1 7 研究目的、意义和内容1 9 1 7 1 研究目的和意义1 9 1 7 2 研究内容2 0 第二章实验原料、设备、方案和性能测试方法2 l 2 1 原料的选择2 l 2 1 1p e t 基体树脂的选择2 l 2 1 2 扩链剂的选择2l 2 1 3 发泡剂的选择2 3 2 1 4 成核剂的选择2 3 2 1 5 其它改性剂的选择2 4 2 1 6 实验所用的原料2 4 2 2 实验主要设备2 4 2 2 1 双螺杆挤出造粒机2 5 v i l 北京化t 人学硕l ：学位论文 2 2 2 单螺杆挤出机2 5 2 2 3 电热恒温鼓风干燥箱2 9 2 3 实验方案的设计2 9 2 3 1 实验工艺路线的确定2 9 2 3 2 实验技术路线的确定3 0 2 4 性能测试与表征3 1 2 4 1 表观密度的测试3 l 2 4 2 泡孔微观结构的表征3 2 2 4 3 熔体流变性能的测试3 2 2 5 本章小结3 2 第三章p e t 的熔体强度改性与流变特性分析3 3 3 1 物料干燥工艺3 3 3 1 1p e t 原料的干燥3 3 3 1 2 其它组分的干燥3 3 3 1 3 改性母粒的干燥3 4 3 2p e t 熔体强度改性造粒工艺3 4 3 2 1p e t 熔体强度改性造粒工艺过程3 4 3 2 2 不同含量扩链剂的改性造粒3 4 3 2 3 不同含量热塑性弹性体的改性造粒3 6 3 3p e t 的流变特性分析3 7 3 3 1 扩链剂对流变特性的影响3 7 3 3 2 热塑性弹性体对流变特性的影响3 8 3 3 3 温度对流变特性的影响3 8 3 4 本章小结3 9 第四章配方对p e t 挤出发泡的影响4 1 4 1 扩链剂对p e t 挤出发泡的影响4 l 4 1 1 扩链剂p m d a 含量对p e t 挤出发泡的影响4 1 4 1 2 扩链剂k l a 含量对p e t 挤出发泡的影响4 3 4 2 发泡剂对p e t 挤出发泡的影响4 6 4 2 1 发泡剂含量对试样外观的影响4 6 4 2 2 发泡剂含量对试样泡孑l 结构和表观密度的影响4 7 日录 4 3 热塑性弹性体对p e t 挤出发泡的影响5 0 4 3 1 热塑性弹性体对试样形状的影响5 0 4 3 2 热塑性弹性体含量对试样泡孔结构和表观密度的影响5 0 4 4 未发泡与发泡试样的对比5 3 4 5 本章小结5 4 第五章设备及工艺对p e t 挤出发泡的影晌5 7 5 1 螺杆结构对p e t 挤出发泡的影响5 7 5 1 1 螺杆结构对比5 7 5 1 2 螺杆结构对p e t 挤出发泡试样微观结构的影响5 7 5 2 工艺路线对p e t 挤出发泡的影响5 9 5 3 工艺参数对p e t 挤出发泡的影响6 l 5 3 1 螺杆转速对p e t 挤出发泡的影响6 l 5 3 2 机筒温度对p e t 挤出发泡的影响j 6 4 5 3 3 机头温度对p e t 挤出发泡的影响6 6 5 4 本章小结6 8 第六章总结6 9 6 1 全文总结6 9 6 2 有待进一步研究的问题7 0 参考文献。7 l 致谢。7 3 研究成果及发表的学术论文7 5 作者和导师简介7 7 l x c o n t e n t s c o n t e n t s c h a p t e r1 i n t r o d u c t i o n 1 1 1i n t r o d u c t i o n 1 1 2p r o p e r t i e sa n da p p l i c a t i o no fp e tf o a m 1 1 2 1p r o p e r t i e so fp e tf o a l n l 1 2 2a p p l i c a t i o no fp e tf o 锄l 1 3d i m c u l t i e si np e tf o a m i n g 6 1 4m e t h o do fe 1 1 h a l l c i n gt h em e l ts t r e n g t h 8 1 4 1s o l i d s t a t ep o l y c o n d e n s a t i o n 8 1 4 2c h e m i c a lm o d i f i c a t i o nb yi n c r e a s i n gv i s c o s i t ) r 9 1 5r e s e a r c ho np e tf o a m 1 0 1 5 1a u t o c l a v em e t h o d 1 0 1 5 2m o l d i n gm e t h o d 1 1 1 5 3e x t l l l s i o nm e t h o d 1l 1 6p r i n c i p l eo fp e te x t m s i o nf i o a m i n g 18 1 6 1e x 臼m s i o nf o a m i n g m o l d i n gp r o c e s so fp e t 18 1 6 2c e l ls h 印i n gp r i n c i p l eo ff o a m i n gp e t l8 1 7r e s e a r c hm e a n i n g ，i n t e n t i o na n dc o n t e n t s 19 1 7 1r e s e a r c hm e a n i n ga n di n t e n t i o n 19 1 7 2r e s e a r c hc o n t e n t s 。2 0 c h a p t e r2e x p e r i 】m e n tm a t e r i a l s 、e q u i p m e n t s 、p r o g r a ma n dp e r f b r m a n c e t e s t i n gm e t h o d 2 l 2 1s e l e c t i o no fe x p e r i m e n t a lm a t e r i a l s 2 1 2 1 1s e l e c t i o no f m 撕xr e s i n 2 l 2 1 2s e l e c t i o no f c h a i ne x t e n d e r 2 l 2 1 3s e l e c t i o no ff i o a m i n ga g e n t 2 3 2 1 4s e l e c t i o no fn u c l e a t o r 2 3 2 1 5s e l e c t i o no fo t h e ra d d i t i v e 2 4 2 1 6e x p e r i m e n t a lm a i nm a t e r i a l s 2 4 2 2m a i ne x p e r i m e n t a le q u i p m e n t s 2 5 x i 北京化t 人学硕 ：学位论文 2 2 1 r w i ns c r e we x t m d e r 2 5 2 2 2s i n g l es c r e we x t m d e r 2 5 2 2 3e l e c t r o - h e a t i n gs t a n d i n g t e m p e r a t u r eo v e n 2 9 2 3d e t e m l i n i n go fe x t m s i o nf o a m i n gm o l d i n gt e c h n o l o g y 2 9 2 3 1p r o c e s s i n gr o u t eo ft h ee x p e r i m e n t 2 9 2 3 2t e c h n i c a lr o u t eo f t h ee x p e r i m e n t 3 0 2 4p e r f o m l a n c et e s t i n ga n dc h a r a c t e r i z a t i o n 31 2 4 1a p p a r e n td e n s i t yt e s t i n g 31 2 4 2m i c r o s t m c t u r ea n a l y s i so fs 锄p l e 3 2 2 4 3m e l tr h e o l o g i c a lp r o p e r t i e st e s t i n g 3 2 2 5c o n c l u s i o n so f t h i sc h 印t e r - 3 2 c h a p t e r 3m e i ts t r e n g t hm o d i f i c a t i o no fp e ta n da n a l y s i so fr h e o l o g i c a l p r o p e r t i e s 3 3 3 1d r y i n gt e c h n o l o g y 3 3 3 1 1d r ) ，i n go fp e t 3 3 3 1 2d r y i n go fo t h e ra d d i t i v e s 3 3 3 1 3d 巧i n go f t h em o d i f l e dm a s t e rb a t c h 3 4 3 2m e l ts t r e n g t hm o d i f i c a t i o np e l l e t i n go fp e t 3 4 3 2 1t e c h n o l o g i c a lp r o c e s so fm e l ts t r e n g t hm o d i f i c a t i o np e l l e t i n go fp e t 3 4 3 2 2m o d i f i c a t i o np e l l e t i n g 诵t hd i 行e r e mc o n t e n to fc h a i ne x t e n d e r 一3 4 3 2 3m o d i f i c a t i o np e l l e t i n gw i t hd i 行e r e n tc o n t e mo fe l a s t o m e r 3 6 3 3a n a l y s i so f r h e o l o g i c a lp r o p e n i e so fp e tf o m u l as y s t e m 3 7 3 3 1e f f e c to fd i f 五引e n tc h a i ne x t e n d e r so nr h e o l o g i c a lp r o p e r t i e s 3 7 3 3 2e f f e c to f d i f - f e r e n tt h e m o p l a s t i ce l a l s t o m e ro nr h e o l o g i c a lp r o p e n i e s 3 8 3 3 3e f f e c to fd i f 诧r e n tt e m p e r a t l 鹏so nr h e o l o g i c a lp r o p e r t i e s 3 8 3 4c o n c l u s i o n so f t h i sc h a p t e r 3 9 c h a p t e r 4e f f e c to ff o r m u l ao np e te x t r u s i o nf o a m i n g 41 4 1e f f e c to fc r o s s l i r 水e ro np e te x t m s i o nf o a m i n g 41 4 1 1e f f e c to fp m d ac o n t e n to np e te x t m s i o nf o 锄i n g 4l 4 1 2e f f e c to fc h a i ne x t e n d e rc o m e n tao np e te x t m s i o nf o 锄i n g 4 3 4 2e f f e c to ff o a m i n ga g e n tc o n t e n to np e te x t r u s i o nf o a m i n g 4 6 x i i c o n t e n t s 4 2 1e f r e c to ff o 锄i n ga g e n tc o n t e n to na p p e a r a n c eo fs 锄p l e s 4 6 4 2 2e f 传c to ff o 锄i n ga g e n tc o n t e n to nc e l ls t m c t u r ea n da p p a r e n td e n s i t yo fs 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