毛細管流變儀在聚烯烴加工中的應用

研究與開(kāi)發(fā)合成樹(shù)脂及塑料，2007, 24(5): 81CHINA SYNTHETIC RESIN AND PLASTICS毛細管流變儀在聚烯烴加工中的應用賈秀麗(中國石油化工股份有限公司齊有分公司研究院，山東淄博, 255400)摘要:采用毛細管流變儀測定聚烯烴的流變行為,得到-系列剪切速率與剪切應力、剪切速率與剪切黏度的流變數據,利用該流變數據可進(jìn)行專(zhuān)用料配方優(yōu)化及加工條件篩選等工作,同時(shí),還根據不同批次產(chǎn)品的流變曲線(xiàn)的偏離情況,監控產(chǎn)品質(zhì)量。關(guān)鍵詞:聚烯烴毛細管流變儀 流變行為 加工中圍分類(lèi)號: TQ325.1 文章標識碼: B文章編號: 1002-1396(2007)0S5 0081-03聚合物流變學(xué)是研究高分子材料流動(dòng)和變形1.2儀 器與設備的科學(xué)川。聚合物的加工過(guò)程一般都是在黏流態(tài)進(jìn)ACER 2000型毛細管流變儀由美國TA公司行的。人們都希望以快捷的方法和最少的試樣確生產(chǎn);PLD651型擠出機及吹膜機組由德國定配方和加工工藝條件,以縮短開(kāi)發(fā)周期、降低開(kāi)Brabender 公司生產(chǎn)。發(fā)成本、提高經(jīng)濟效益。目前，對高分子材料加工1.3 流變行為 測試性能的評價(jià)主要是流變行為的測試。與測定聚合將毛細管流變儀升溫至設定溫度，稱(chēng)取-定物流變行為的其他儀器(如落球黏度計、轉矩流變量試樣,加人料簡(jiǎn)并壓實(shí)。設定預熱時(shí)間,待試樣儀旋轉流變儀等)相比,毛細管流變儀具有結構完全熔融后,在一定壓力下穩定1 min,在設定條簡(jiǎn)單、溫度調節范圍較寬、用料少、測量時(shí)間短、剪件下,開(kāi)始擠出試樣,得到剪切速率與剪切黏度、切速率較寬(1x102-1x10* g~,幾乎包括所有聚合剪切速率與剪切應力、不穩定流動(dòng)等流變數據。物加工剪切速率的范圍)的特點(diǎn),被廣泛用于聚合物的加工測試與研究"。2結果與討論本工作結合聚烯烴的加工條件，用毛細管流2.1選擇加工工藝 條件變儀測量其流變行為,得到一系列剪切速率與剪2.1.1加工溫度切應力、剪切速率與剪切黏度、不穩定流動(dòng)等比較聚合物在加工過(guò)程中不可避免地受到熱、氧接近加工過(guò)程的流變曲線(xiàn)和數據，并說(shuō)明了毛細及剪切的作用,如果加工溫度選擇不當,不僅會(huì )增管流變儀在聚烯烴加工工藝條件的選擇、配方的大加工能耗，而且有可能因材料熱降解而使其性篩選優(yōu)化以及產(chǎn)品質(zhì)量控制方面的應用。能下降。由圖1看出，從230 C開(kāi)始，隨溫度升高，1實(shí)驗部分PP-R管材料剪切黏度明顯下降;230 C與240 C .1.1原料剪切黏度相近,245C和255C剪切黏度相近;無(wú)規共聚聚丙烯(PP-R)管材料,高密度聚當加工溫度大于245C后,PP-R管材料擠出時(shí)乙烯(HDPE)波紋管專(zhuān)用料,HDPE電纜料(不同伴有煙霧產(chǎn)生,其氧化誘導期也有所下降。由于在.批次),均為中國石油化工股份有限公司齊魯分公聚丙烯(PP)主鏈.上存在大量的叔碳原子,這些叔司(簡(jiǎn)稱(chēng)齊魯石化)生產(chǎn);HDPE DGDK 3364,美國Dow化學(xué)公司生產(chǎn);茂金屬線(xiàn)型低密度聚乙烯. 2007-06-150(mLLDPE),齊魯石化中試產(chǎn)品; mLDPE與低密中國煤化工程師，1987年畢業(yè)度聚乙烯(LDPE)共混料,用PLD 651型擠出機于200C下造粒制得;mLLDPELDPE共混薄膜北分CNMHG體強度等分析測試工作。聯(lián)系電話(huà): (0533)7511340; E-mail: jexj99@tomn.由PLD651型擠出機吹膜機組吹膜制得。com。.82合成樹(shù)脂及塑料2007年第24卷碳原子極易受到氧的攻擊而發(fā)生斷鏈降解,最終300導致PP強度下降而使性能變差網(wǎng)。因此,根據以80上情況，確定PP--R管材料加工溫度應低于245C，再提高加工溫度已無(wú)益于PP. -R管材料加工260性能的改善,不僅增加加工能耗,還導致其加工性能下降。2201xI02190195200205210215220溫度/心圖2 HDPE 波紋管專(zhuān)用料在不同溫度下的臨界剪切速率Fig. 2 Critical shear rnate of the high density polyethylene1x10specialty resin for corrugated pipe at differentemperatures1x1021xl0'的黏度明顯減小,在高剪切速率(大于或等于100剪切速率n~'s-I)下的剪切變稀現象明顯改善;繼續增加LDPE,圖1 PP-R 管材料在190-255 C下的流變曲線(xiàn)共混物的黏度逐漸減小;rc(LDPE)增至30%,共混ig. 1 Rheological curve of the propylene random copolymer物的黏度在高剪切速率下降低幅度較大。(PP-R) for tubing at 190-255 C2.1.2加工速度: LLDPE+在聚合物的加工過(guò)程中，當剪切速率超過(guò)某，mLLDPE+LDPE(309)一極限時(shí),隨著(zhù)剪切速率的增大，擠出物的衣面依次出現粗糙(如鯊魚(yú)皮狀或桔皮狀)、尺寸周期性起伏(如波紋狀、竹節狀和螺紋狀)、甚至破裂成碎塊等畸變現象甲。該現象稱(chēng)為擠出物的不穩定流動(dòng),影響產(chǎn)品外觀(guān)質(zhì)量。用毛細管流變儀在不同溫1xIC度下測定HDPE波紋管專(zhuān)用料的臨界剪切速率，01xl0tx10P可為HDPE波紋管專(zhuān)用料選擇合適的加工速度提剪切速事心’供依據。圖3 mLDPE 與LDPE不同配比下的流變曲線(xiàn)從圖2看出，當實(shí)驗溫度從190 C升至210Fig. 3 Rhcological curves of the malallocenc lincar low densitypudyethylene (mLDPE) with dfferent contents of LDPEC,HDPE波紋管專(zhuān)用料的臨界剪切速率從200s+升至300s;而當實(shí)驗溫度從210 C升至220 C結合表1中mLLDPE共混料薄膜的拉伸性能時(shí),臨界剪切速率趨于恒定。因此,在加工過(guò)程中及制品加工性能要求,LDPE的加人量可在少于應根據不同溫度下的臨界剪切速率，選撣低于臨20%的范圍內繼續篩選配方。界剪切速率的速度加工;或通過(guò)加入氟彈體、潤滑表1mLDPE與LDPE共混料薄膜的拉伸性能劑等手段改性,提高材料的臨界剪切速率,從而提Tab.1 Tensile properties of the flms made of blendof mLLDPE and LDPE高其加工速度,增加產(chǎn)量。w(LDPE),%2.2配方的篩選 優(yōu)化項目102030mLLDPE較傳統的LLDPE和LDPE具有密度低、強度高、透明性好、抗穿刺能力強.熱封溫度低粒伸強度/MPa55.255.834.8等優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)是相對分子質(zhì)量分布窄，熔融速度斷裂伸長(cháng)率,%64466048快,熔體黏度大,用一般的LDPE和LDPE加工.中國煤化工7 .4.0設備很難加工,需通過(guò)用LDPE對其共混政性,在CNMHG保持其優(yōu)良力學(xué)性能前提下,改善其加工性能"。2.3 產(chǎn) 品的質(zhì)重控制由圖3看出,當vo(LDPE)為10%時(shí),共混物由于毛細管流變儀剪切速率的范圍接近聚合第5期賈秀麗.毛細箐流變僅在聚烯烴加工中的應用.83.物加工剪切速率的范圍,因此,可根據測定不同批3結論次聚合物的流變曲線(xiàn)上出現的偏離或重復性,控a)毛細管流變儀可用于聚烯烴加工工藝條件制產(chǎn)品質(zhì)量。從圖4可以看出,0111.0402、0407的選擇、加工配方的優(yōu)化和產(chǎn)品的質(zhì)量控制。批次與DCDK 3364流變曲線(xiàn)基本重合,而0502b)通過(guò)毛細管流變儀測試聚烯烴在不同溫批次流變曲線(xiàn)出現了較大的偏離。針對這種情況，度下的臨界剪切速率,或通過(guò)加人氟彈體、潤滑劑應對0502批次產(chǎn)品出現的質(zhì)量問(wèn)題查找原因。等改性聚烯烴提高臨界剪切速率，可為改善產(chǎn)品外觀(guān)質(zhì)量,提高其加工速度、增加產(chǎn)量提供依據。。DGDK 3364# 0111”0402’ 04071周彥豪.秦合物加工流變學(xué)基礎[M].陜西:酒安交通大學(xué)出1x10'版社, 1988. 1~752楊國文.塑料材料[M].四川:成都科技大學(xué)出版社, 1987.3金日光,華幼卿.高分子物理[M]北京:化學(xué)工業(yè)出版社，Ix10f1N10'1x1042002. 218剪切速宰~4周南橋，占國榮.茂金屬榮烯烴材料的加工技術(shù)的研究]圖4不同批次HDPE電纜料與進(jìn)口料的流變曲線(xiàn)工程塑料應用, 2003, 31(4): 13~16ig 4 Rheological eurves of the HDPE speciality resins for ceablein diferent batches and their inported counterpurt(編輯:劉敏)Application of capillary rheometer in polyolefin processingJia Xiuli(Research Insitute of Qilu Branch Co, SINOPEC, Zibo 255400, China)AbstractA series of rheological data，involving plots of shear rate versus shear stress and shear rate vergus shearviscosity，were acquired through application of capillary rheomeler in studies on rheological behaviour ofpolyolefin. Those significant data were of avail in screening recipe of speciality resin and in optimizingprocessing conditions. In addition, the product quality could be monitored and controlled in accordance withthe deviations of the rheological curves of the resins produced in different batches.Key Words: polyolefin; capillary rheometer, rheological behaviour; processing(from page 53)Effect of lubricant on crystal morphology of surface layer of PPDing Shuyan, Jin Yan, Cai Tao, Liu Shanyuan, Chen Shaomei, Shi Shengpeng, Zhang Jing(Beijing Research Institule of Chenical Industry, SINOPEC, Beijing 10013,0 China)The impact of lubricant on crystallization characteristics of surface layer of polypropylene (PP) wasanalyzed by means of polarizing light microscope, differential scanning calorimeter and scanning electronmicroscope. The results reveal that addition of the lubricant brings about an increuse in erystallizationtemperature and a decrease in spherulite size of homopolymer中國煤化Iitle impact onthe corresponding properties of copolymer of propylene. Further|YHCNMHGeinimprovingthe scratch resistance of the PP articles.Key Words: polypropylene, lubricant, surface layer, crystallization, scratch resislance