催化脱脂型粘结剂组分的相容性_刘文胜(2)

30 000 11.0820 000 8.412 000 9.80

2 粘结剂组分相容性的验证

2.1 混合实验

混合实验是表征聚合物相容性最为直观的方法。粘结剂的混炼在自制的混炼装置中加热搅拌下进行，混炼温度为178 ℃。根据上述热力学分析，同时结合混合物黏度随POM含量增加而增大的关系，初步确定POM基粘结剂的m(POM)/m(HDPE)/m(EVA)固定为75/5/1，按此配比制备的混合物记为F8。对混合物

表2 聚醛基粘结剂混合过程的热力学计算结果

Table 2 Thermodynamic calculated results of POM-based binders in mixing step

Sample |δA δB|

χ

( G/T)/(J·mol 1·K 1)

F1 25.68 F2 2.67 40.17 23.66 F3 22.42 F4 4.35 F5 1.28 9.23 4.20 F6 4.10 F7 1.39 12.00 8.77

F1、F4和F8的相容性进行验证。用差示扫描量热法(DSC)以及扫描电镜对粘结剂的相容性进行分析。

2.2 DSC谱分析

DSC是定性判定聚合物相容性最有效的一种方法[15]，其基本原则如下：若两组分热力学相容，共混物为均相结构，则只有一个熔点温度；若两组分完全不相容，形成界面明显的两相结构，就有两个熔点，分别等于两组分的熔点；部分相容体系介于上述两种极限情况之间。

本实验的DSC分析温度为0~200 ℃、升温速率 为10 K/mim、气氛为N2，所用仪器为NETZSCH STA

工艺相容性不仅与共混物质本身的性质和比例有关，还与具体的工艺操作有关[17]。粘结剂各组元的相容性问题，原则上与溶剂 高分子体系的情况类似，都必须由热力学原则出发。从表2可知，POM与

HDPE的溶解度参数相差2.67，表明两者理论上不能实现热力学相容，而EVA与POM的溶解度参数相差

1.28，与HDPE的溶解度参数之差为1.39，说明EVA与两者均具有一定的相容性，EVA的溶解度参数介于

449C热分析仪。图1所示为聚醛基粘结剂主要组元 混合后的DSC谱，表3所列为图中的熔融峰位置。

由图1的DSC谱可知：POM和HDPE混合后，与两组分熔点基本相同，说明两者相容性较差；POM和EVA混合后，两个吸热峰介于POM和EVA的熔点之间，两者具有部分相容性即工艺相容性；对于

POM和HDPE的溶解度参数之间，其侧基又具有一 定的极性，与POM相似[18]，因此，EVA对HDPE和

POM的混合可起到增容剂的作用，有助于两者的均匀混合。

临界相互作用参数χc的设定与具体的工艺条件有关，对于同一体系，由式(5)可知，χ判据与|δA δB|判

POM/HDPE/EVA的三元共混体系，DSC谱图上只表现出两个吸热峰，且介于聚合物极限熔点之间，说明

2100

中国有色金属学报 2012年7月

学计算结果一致。

POM/HDPE和POM/HDPE/ EVA共混物经液氮低温脆断喷金后断面形貌如图3所示。由图3(a)可以看出，EVA未加入之前，HDPE的次级粒子不能有效熔融，粒子呈不规则形状，大小不等且分布不均匀，此时存在粒子和分子的混合流动，这种流动的不均匀性直接导致了聚合物的相分离。加入增容剂EVA之后(见图3(b))，POM/HDPE/EVA体系各组分分布均 匀，HDPE粒子分散趋于均匀、颗粒细小且呈球状，不仅增大了分散相粒子与基体的接触面积，而且减小了粒子间距。表明增容剂EVA的加入减小了界面张

图1 聚合物共混物的DSC谱 Fig. 1 DSC spectra of polymer blends

表3 聚合物共混物的DSC谱分析结果

Table 3 DSC spectra analysis results of polymer blends

Polymer blend

力，抑制了分散相聚集引起的尺寸增大，增加了聚合物相界面的粘结强度，改善了POM与HDPE之间的相容性，三者虽没有实现分子级的热力学相容，但具有一定的工艺相容性。因此，可确定当催化脱脂型粘结剂质量比m(POM)/m(HDPE)/m(EVA)为75/5/1时，符合粘结剂组分相容性的基本要求。

tm1/℃ tm2/℃

POM/HDPE 135.1 174.3

POM/EVA 129.6 168.8 POM/ HDPE /EVA

131.0

169.8

EVA和HDPE热力学相容，而POM对应的熔融峰值温度稍向低温偏移，这说明在熔融状态下，共混物有

EVA的加入使熔融后的两相在分子级一定的相容性，

上达到了一定的互溶。DSC谱图分析与前面理论计算的结果一致。

2.3 SEM形貌表征

POM/EVA共混物经液氮低温脆断喷金后断面形貌如图2所示。可以看出，断面形貌均匀一致，分子链有效缠结，说明POM与EVA混合后能得到相结构均匀的混合物，二者之间具有良好的相容性，与热力

图3 POM/HDPE和POM/HDPE/EVA共混物脆断面的SEM像

Fig. 3 SEM images of POM/HDPE (a) and POM/HDPE/EVA (b) blends crisp cross-section

3 粘结剂配方的确定

图2 POM/EVA共混物脆断面的SEM像

Fig. 2 SEM image of POM / EVA blends crisp cross-section

通过相容性的表征初步确定了粘结剂基本组元的配比，而性能优异的粘结剂除上述组分外，还需加入

第22卷第7期 刘文胜，等：催化脱脂型粘结剂组分的相容性 2101

一定量添加剂。其中：以石蜡(PW)为填充剂，填充于颗粒之间的间隙，降低喂料的黏度，提高流动性；以

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DOP为增塑剂改善喂料的流变特性，提高成形性；以ZS为表面活性剂，促进粉末与粘结剂的均匀混合，同不会对POM的酸催化分解特性产时由于ZS呈中性，生影响。

将设计的粘结剂与93W-Ni-Fe复合粉进行混炼，粉末含量为90%(质量分数)，先将混料器加热到高熔点组元的熔化温度，待其完全熔化后分批加入粉末和低熔点组元，最终制备的喂料的SEM像如图4所示。从图4可以看出，粉末颗粒表面均匀包裹着一层粘结剂，颗粒间隙也被粘结剂填充，整个体系分布均匀一致。喂料是粉末近净成形工艺中一个重要的中间载体， …… 此处隐藏：3972字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……