乙烯-醋酸乙烯酯共聚物/高密度聚乙烯的性能研究

研究論文Fiber Research乙烯~-醋酸乙烯酯共聚物高密度聚乙烯的性能研究葉敏',王琳'，文珍稀'，王依民2(1.東華大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，上海201620;2.纖維材料改性國家重點(diǎn)實(shí)驗室，上海201620)摘要:討論了不同高密度聚乙烯(HDPE) 含量的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA) /HDPE 共混物的流變性能、熱性能、相容性,以及共混纖維的可紡性、力學(xué)性能。實(shí)驗結果表明:隨著(zhù)HDPE含量的增加，共混物的流動(dòng)性變差;共混物的晶區是部分相容的。當共混物中HDPE的百分含量為15 %時(shí)，共混物的可紡性及共混纖維的力學(xué)性能最佳;隨著(zhù)拉伸倍數的增加，共混纖維斷裂強度增大、斷裂伸長(cháng)率降低。.關(guān)鍵詞:乙烯醋酸乙烯酯共聚物;高密度聚乙烯;流變性能;熱性能;相容性;可紡性;力學(xué)性能中圖分類(lèi)號: TQ342.61文獻標識碼: A文章編號: 1001-7054 (2011) 01-0033-05乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(Ethylene -vinylac-俊榮等刃采用螺桿擠出熔融紡高密度聚乙烯,然etate copolymer,簡(jiǎn)稱(chēng)EVA)是由乙烯和醋酸乙烯后進(jìn)行高倍熱拉伸紡制中強聚乙烯纖維，隨著(zhù)拉伸酯單體無(wú)規嵌段共聚而成，根據醋酸乙烯酯(VA)倍數的提高，纖維的斷裂強度提高，最高強度可達含量不同，聚合方法也不同。當VA質(zhì)量含量低于8~10 cN/dtex,而纖維的斷裂伸長(cháng)則隨拉伸倍數的40 %時(shí)，采用高壓本體聚合;當VA含量大于提高呈下降趨勢。40%小于80%時(shí),多采用中壓溶液聚合;當VA本實(shí)驗采用EVA/HDPE共混造粒及熔融紡絲,含量高于80 %時(shí)，一般采用中壓乳液聚合(3。選擇HDPE主要是因為可以在提高共混纖維的強度EVA具有優(yōu)良的柔韌性、彈性、透明性、黏著(zhù)性、的同時(shí)兼顧到EVA的低熔點(diǎn)。EVA的熔點(diǎn)為70 C耐候性、耐化學(xué)藥品性、與填料和色母粒的相容左右，熔融紡絲溫度比- -般的高聚物要低得多，如性，可以通過(guò)注塑、擠塑、吹塑、涂覆、熱封等成果共混其它高聚物如PET、PP,則要求紡絲溫度遠形加工，廣泛應用于制鞋、農膜、共混改性、汽車(chē)遠高于EVA的紡絲溫度,這樣共混物的熔融紡絲工業(yè)和造紙等方面145。 但是EVA用于紡制纖維產(chǎn)的加工可行性低。品仍然很少，因為EVA的纖維強度等指標很低，本研究的目的是利用EVA低熔點(diǎn)及EVA對- -目前基本只有利用EVA聚合物制成的中空纖維膜些油性芳香物質(zhì)(如柏樹(shù)精油)基本可完全吸收,已廣泛用于醫療目的的各種分離膜，其在生物相容可進(jìn)一步研制其它智能溫控型、芳香型等功能纖性和化學(xué)穩定性上極佳,并且洗脫物質(zhì)非常少，代維。如紡制智能溫控皮芯復合結構纖維，其芯層為表性用途有血液透析過(guò)濾膜!@。低溫相變材料，由于低溫相變材料通常熔點(diǎn)和分解高密度聚乙烯(HDPE) 加工性能好，具有良點(diǎn)都較低，皮層材料的熔融紡絲溫度也要較低才能好的化學(xué)穩定性，耐酸、堿、鹽等的腐蝕，質(zhì)量與之匹配，以防止在紡絲過(guò)程中芯層相變材料因溫輕,強度、模量高，已經(jīng)被應用于紡織領(lǐng)域。于度過(guò)高而分解。有關(guān)研究將另作報道。收稿日期: 2010-10-121實(shí)驗作者簡(jiǎn)介:葉敏(1983-), 女，漢族，碩士研究生,研究方向為含相變材料的皮芯復合結構纖雛。中國煤化工MHCNMHG合成纖維SFC2011 No.1 33研究論文Fiber Research1.1 主要原材料乙烯-醋酸乙烯酯共聚樹(shù)脂(EVA 樹(shù)脂): VA2結果與討論含量28 %,熔融指數150 g/10 min,密度095 gcm',2.1不同HDPE含量對EVA/HDPE共混物流變性上?；ぱ芯吭?高密度聚乙烯(HDPE) 樹(shù)脂:能的影響密度0.941~0.960 g/cm',牌號2911FS,中國石油撫聚合物材料熔融態(tài)時(shí)的流變性能直接影響其順石化分公司;抗氧劑1010:工業(yè)級，上海中山加工性能。高分子液體與小分子液體相比，最明顯化工市場(chǎng)。的區別是高分子具有黏彈性。高分子非牛頓黏彈性1.2共混物、共混纖維的制備產(chǎn)生于其分子鏈松弛動(dòng)力學(xué)滯后性。正是因為高分(1)真空干燥EVA, 30°C1h, 35C1h, 40C .子的本體黏彈性和本構性質(zhì)直接支配聚合物的加工1h, 45°C1h, 52 C2.5h, 58C 11 h;真空干燥行為，所以高聚物加工的-個(gè)中心任務(wù)就是要對高HDPE，102.5C 16h。分子的流變行為取得根本的認識和了解。(2)雙螺桿共混擠出機(TSE -18A,南京瑞亞高聚物的流變行為由黏度來(lái)表征。牛頓流體聚合物公司)，I 區加熱溫度75 C，I區加熱溫度的黏度只與溫度有關(guān)，高聚物大多數不是牛頓流100 C，I區加熱溫度130 C, IV 區加熱溫度150體，其黏度不僅與溫度有關(guān)，還依賴(lài)于剪切速率。C，V區加熱溫度150 C,機頭加熱溫度135 C。圖1和圖2是不同HDPE含量的EVA/HDPE共混將按比例共混好的EVA、HDPE 和抗氧劑共混擠物熔體的應力~剪切速率及表觀(guān)黏度~剪切速率流出，然后經(jīng)造粒機造粒。變曲線(xiàn)。(3)將(2)制備的共混粒料加入到雙螺桿熔融紡絲機(自制) 中進(jìn)行熔觸紡絲。HDPE含量:紡絲機各部位紡絲條件的設定:螺桿溫度I0 :巍薯區123C，I區145C，川區147C，IV區147品44C，V區145 C，計量泵溫度147 C，螺桿頻率42-4.52 Hz,螺桿長(cháng)徑比40/1,噴絲板規格1.33 mmx140}f,紡絲速度210 m/min。3813儀器與測試300~24182022426281.3.1共混物的流變性能測試1g美國Instron Corp公司生產(chǎn)的Instron 4467型毛圖1不同HDPE含置的EVAHDPE熔體的Igr lgy曲線(xiàn)(120C)細管流變儀，長(cháng)徑比為40/1。測試條件:所選測試3.6 「溫度為120 C,剪切速率范圍10~10 s"。4t1.3.2共混物的熱性能及相容性測試3.2 F:-15%采用瑞士梅特勒-托利多公司生產(chǎn)的DSC-82230 t★3-20%型差示掃描量熱儀。(1) 熔點(diǎn)測試:將樣品以10 9C/min的速度由0 C升溫至200%; (2) 結晶24溫度測試:將樣品以10 C/min的速度由200 C降22 t溫至0 C。試驗過(guò)程中采用氮氣保護，氮氣流量20 ml/min。00 0.5 1.020 25 3.01.3.3共混纖維的力學(xué)性能測試上海利浦應用科學(xué)技術(shù)研究所生產(chǎn)的XQ-1型團2不同HDPE含的EVAHDPE熔體的lgη~lgy曲線(xiàn)(120 C)纖維強度儀，夾持距離20 mm,拉伸速度20 mm/從圖1、圖2可以看出，EVA/HDPE 共混物熔min,強力范圍100 cN,伸長(cháng)范圍300 %。每個(gè)試體的剪切流動(dòng)大體上滿(mǎn)足Ostwald- waele冪律關(guān)系，樣重復15次，求取平均值?？捎?1) 式來(lái)表示閣中國煤化工MYHCNMH G34合成纖維SFC 2011 No.1研究論文Fiber Researchr=Kγ(1HDPE含量:1-100 %式中:為剪切應力;溈剪切速率; K為常數。隨著(zhù)HDPE含量增加，曲線(xiàn)上移，流動(dòng)性變.6-0)%差。非牛頓指數n按照公式n= dlgT計算,如表1dlgY所示。.表1不同HDPE含的共混物熔體的非牛頓指數20 40 6)8) 100120140 160溫度/心C HDPE含量%1020圖3 EVAHDPE 共混物的升溫DSC曲線(xiàn)圍0.6表1表明共混物是切力變稀型假塑性流體。非牛頓指數n隨著(zhù)HDPE含量的增加而減小。因為EVA是由無(wú)極性、結晶性的乙烯單體與強極性、非結晶性的醋酸乙烯酯單體共聚而成的熱塑性樹(shù)脂，是一種帶有側基的半結晶性聚合物。EVA 由1-100%于在乙烯主鏈中引入由極性醋酸基團所組成的側3-15%基,降低了分子鏈的規整性，打亂了原來(lái)的結晶狀5-0%態(tài)，致使EVA趨向“塑化效應”而降低了主鏈上的乙烯的結晶性，同時(shí)還增加了聚合物大分子鏈之0150溫度/C間的距離。因此運用高聚物大分子鏈纏結理論來(lái)解圖4 EVA/HDPE共混物的降溫DSC曲線(xiàn)圖釋?zhuān)珽VA中加入高結晶性、非極性的HDPE大分子鏈段后，共混物熔體中的纏結點(diǎn)數量、纏結程度從圖3可知，共混物中，隨著(zhù)HDPE含量的增增加，分子鏈的活動(dòng)能力減弱，體系的流動(dòng)性降加，EVA組分的熔融溫度從70 C左右降低到53 C左右;隨著(zhù)EVA含量的增加，HDPE組分的熔融共混物熔體表觀(guān)黏度ηa隨剪切速率提高而下溫度從133 C左右降低到129 C左右。從圖4可降，而且下降幅度隨著(zhù)HDPE含量的增大而增大。知，共混物中，隨著(zhù)HDPE含量的增加，EVA 組分結果顯示，隨著(zhù)HDPE用量增大,共混物熔體表觀(guān)的結晶溫度從29 C左右升高到33 C左右;隨著(zhù)黏度對剪切速率的敏感性增強。EVA含量的增加，HDPE組分的結晶溫度從114 C2.2 EVA/HDPE 共混物的熱性能及相容性研究升高到119 C左右。因為在EVAHDPE共混體系雙組分共混物的相容性對纖維的紡絲和拉伸中，EVA和HDPE的分子鏈相互影響，造成各自性能、染色以及力學(xué)性能都有很大的影響。共混物的纏結點(diǎn)數量和纏結程度都有所下降，所以熔點(diǎn)下在晶區的相容性可由DSC試驗來(lái)判斷，若共混物降，結晶溫度上升。中晶區不相容,則共混物的DSC曲線(xiàn)圖上會(huì )出現雖然在共混物的DSC曲線(xiàn)圖中未出現明顯的各組分相應的熔點(diǎn)和結晶溫度。圖3和圖4是單一的熔融峰和結晶峰，但是出現的雙峰也不是純EVAHDPE共混物的升溫和降溫DSC曲線(xiàn)。EVA和純HDPE的熔融峰和結晶峰,這說(shuō)明共混圖3和圖4表明，純EVA的熔點(diǎn)和結晶溫度物在結晶區是部分相互影響或部分相容的。為70C和29C,純HDPE的熔點(diǎn)和結晶溫度為2.3 EVA/HDPE 共混纖維的可紡性133 C和114 C。共混物均有兩個(gè)熔點(diǎn)和兩個(gè)結晶按照1.2 (3) 所述的紡絲工藝，EVA/HDPE 共溫度,但是不同HDPE含量共混物的熔融峰和結晶混比為98/2和75/25基本不可紡(見(jiàn)表2)。當共峰是不重合的?；毂葹?8/2時(shí).中于北混休系中FVa含量過(guò)多,中國煤化工TYHCNMHG合成纖維SFC 2011 No.1 35研究論文Fiber Research而紡絲溫度太高，共混物經(jīng)雙螺桿后并非從噴絲口擠出，而是呈液態(tài)狀流出;當共混比為75/25時(shí)，.HDPE含量:由于在此種紡絲溫度下HDPE的熔融流動(dòng)性不是很好，體系中HDPE含量增多會(huì )明顯地影響共混熔體的流動(dòng)性。當EVAHDPE共 混比例為90/10、85/15時(shí),共混物的紡絲性能最佳，聚合物的流動(dòng)是穩態(tài)的和連續的，纖維絲條光澤均勻并且出現斷頭的兒率很少。24262830328436384042拉伸倍數/倍表2 EVAHDPE共混纖維的可紡性圖5拉伸倍數對共混纖維斷裂強度的影響樣品編號EVAAIDPE可紡性200-982一2HDPB含量:-這92/8較好90/10婦哥160-85/15好王150580/20家14075/251202.4 EVAHDPE 共混纖維的力學(xué)性能由于EVAHDPE共混纖維中含有大量的EVA,2426283.0 3.23.4 3.6 3.840EVA的熔點(diǎn)很低，僅70 C左右，因此共混纖維熱拉伸很容易熔斷。本次實(shí)驗，采用室溫(25 C左圈6拉伸倍數對共混纖維斷裂伸長(cháng)辜的影響右)拉伸,拉伸倍數分別為2.5、3、 3.5、4倍。不(1) EVA/HDPE 共混物熔體的剪切流動(dòng)大體上同拉伸倍數下的拉伸纖維斷裂強度和伸長(cháng)如圖5和滿(mǎn)足Ostwald -waele冪律關(guān)系，可用公式r=Ky來(lái)表圖6所示。拉伸過(guò)程中，纖維承受外加張力的分子鏈數示。隨著(zhù)HDPE含量增加，流變曲線(xiàn)上移,流變性目增加了，從而使纖維的斷裂強度顯著(zhù)提高,延伸變差。共混物皆為切力變稀型假塑性流體,非牛頓度下降(9。圖5和圖6顯示了拉伸倍數對EVAN指數n隨著(zhù)HDPE含量的增加而減小。共混物熔體HDPE共混纖維斷裂強度和斷裂伸長(cháng)率的影響。由表觀(guān)黏度隨剪切速率提高而下降，而且下降幅度隨圖5可知，隨著(zhù)拉伸倍數的增加，不同HDPE含量著(zhù)HDPE含量的增大而增大，因此隨著(zhù)HDPE用量的EVA/HDPE共混纖維斷裂強度先上升后下降,增大，共混物熔體表觀(guān)黏度對剪切速率的敏感性增其分界點(diǎn)在拉伸倍數為3.5的地方。因為由于EVA強。的引入，使原來(lái)高度結晶的HDPE晶態(tài)結構發(fā)生變(2)共混物DSC曲線(xiàn)表明共混物在晶區部分化，形成不穩定的結構，纖維內部的這種不穩定結相容。構很難承受高倍數拉伸。從圖5可知，當拉伸倍數(3)當共混物中HDPE的百分含量為10 %、超過(guò)3.5的時(shí)候，纖維內部的這種不穩定結構被破15 %時(shí)，共混物的可紡性好。壞，并且破壞之后不發(fā)生重建，結果形成非晶區和(4)隨著(zhù)拉伸倍數的增加，不同HDPE含量高度破壞的晶態(tài)共存的結構，因而纖維的斷裂強度減弱。由圖6可知，隨著(zhù)拉伸倍數的增加，不同其分界點(diǎn)在拉伸倍數為3.5的地方。隨著(zhù)拉伸倍數HDPE含量的EVAHDPE共混纖維斷裂伸長(cháng)率下的增加，不同HDPE含量的EVAHDPE共混纖維降。由圖5和圖6可知，HDPE的含量為15 %的斷裂伸長(cháng)率下降。HDPE 的含量為15 %的共混纖共混纖維的力學(xué)性能最佳。維的力學(xué)性能最佳。3結語(yǔ)中國煤化工[1] Meienheimer H, zYHCNMH Gnex[M]. Boea36合成纖維SFC 2011 No.1研究論文Fiber ResearchRaton: CRC Pres, 2008.678 -688.[2]張慶虎高性能乙烯~醋酸乙烯酶(EVA)橡膠的特性及應用辦世界[6] 垣內智樹(shù),關(guān)口浩二等..中空纖維膜及其生產(chǎn)方法:CN,1306883AP].橡膠工業(yè), 200(.):41-49.200[3]張慶虎己烯-醋酸己烯嘴(EVA)橡膠的特性及應用[刀特種橡膠制[7]于俊榮,陳自力等.高密度聚乙烯熔紡纖維的拉伸工藝小合成纖品201.2);18-22維工業(yè), 199 2);1-5.[4]陳樂(lè )怡.合咸樹(shù)脂及塑料速查手冊[M].北京:機械工業(yè)出版社:2006:[8]張美珍等.聚合物研究方法[M]北京:中國輕工業(yè)出版社:2006:167.48.[9] 沈新元.高分子材料加工原理[M]. 北京:中國紡織出版社2000:[5] 洪定一等.塑料工業(yè)手冊(聚烯烴)[M.北京:化學(xué)工業(yè)出版社1999:241.The Study on Properties of EVA/HDPE Composite FibersYE Min', WANG Lin', WEN Zhen- xi', W ANG Yi-min2(1. College of Material Science and Engineering, Donghua University, Shanghai 201620, China;2. State Key Lab for Modification of Chemical Fibers and Polymer Materials, Shanghai 201620, China)Abstract: The rheological behavior, thermal property and compatibility of EVA/HDPE blends with dif-ferent blend ratios of HDPE and their spinnability and tensile property of blend fibers are investigated.The results show that with the increase of HDPE content, the flow property of blends decreases. The crys-tal of blends is partially compatible. When the HDPE content of blends is 15 %, the spinnability of blendsand the tensile property of blend fibers are the best. With the increase of draw ratio, the tensile tenacity ofblend fibers increases and elongation at break decreases.Key words: ethylene- vinylacelate copolymer, high density polyethylene, rheological property, thermal pro -perty, compatibility, spinnability, tensile property上海寶貝特種油品化工廠(chǎng)(原_上海市大場(chǎng)化工廠(chǎng))以品質(zhì)求生存以科技促發(fā)展以服務(wù)贏(yíng)市場(chǎng)興國內油劑生產(chǎn)廠(chǎng)家中歷史悠久興長(cháng)期專(zhuān)業(yè)生產(chǎn):滌綸、錦綸、丙綸、復合絲、海島絲的DTY (無(wú)異味)、UDY和滌綸短纖油劑興滿(mǎn)足于客戶(hù)個(gè)性化要求:上油率穩定,抗飛濺性強，坯布不用前處理可直接高溫定型不變黃炎依靠長(cháng)期生產(chǎn)經(jīng)驗的累積:產(chǎn)品滲透性強,抗靜電，平滑性，柔軟性佳興技術(shù)創(chuàng )新,以誠信服務(wù)贏(yíng)得市場(chǎng):廣泛適宜各種機型:假捻、牽伸、卷曲、織造請與我們聯(lián)絡(luò )聯(lián)系人:孟衛金手機: 13901878010電話(huà): 021-56022112傳真: 021-56022112中國煤化工HHCNMH G合成纖維SFC 2011 No.1 37