毛细管流变仪在聚烯烃加工中的应用

研究与开发合成树脂及塑料，2007, 24(5): 81CHINA SYNTHETIC RESIN AND PLASTICS毛细管流变仪在聚烯烃加工中的应用贾秀丽(中国石油化工股份有限公司齐有分公司研究院，山东淄博, 255400)摘要:采用毛细管流变仪测定聚烯烃的流变行为,得到-系列剪切速率与剪切应力、剪切速率与剪切黏度的流变数据,利用该流变数据可进行专用料配方优化及加工条件筛选等工作,同时,还根据不同批次产品的流变曲线的偏离情况,监控产品质量。关键词:聚烯烃毛细管流变仪 流变行为 加工中围分类号: TQ325.1 文章标识码: B文章编号: 1002-1396(2007)0S5 0081-03聚合物流变学是研究高分子材料流动和变形1.2仪 器与设备的科学川。聚合物的加工过程一般都是在黏流态进ACER 2000型毛细管流变仪由美国TA公司行的。人们都希望以快捷的方法和最少的试样确生产;PLD651型挤出机及吹膜机组由德国定配方和加工工艺条件,以缩短开发周期、降低开Brabender 公司生产。发成本、提高经济效益。目前，对高分子材料加工1.3 流变行为 测试性能的评价主要是流变行为的测试。与测定聚合将毛细管流变仪升温至设定温度，称取-定物流变行为的其他仪器(如落球黏度计、转矩流变量试样,加人料简并压实。设定预热时间,待试样仪旋转流变仪等)相比,毛细管流变仪具有结构完全熔融后,在一定压力下稳定1 min,在设定条简单、温度调节范围较宽、用料少、测量时间短、剪件下,开始挤出试样,得到剪切速率与剪切黏度、切速率较宽(1x102-1x10* g~,几乎包括所有聚合剪切速率与剪切应力、不稳定流动等流变数据。物加工剪切速率的范围)的特点,被广泛用于聚合物的加工测试与研究"。2结果与讨论本工作结合聚烯烃的加工条件，用毛细管流2.1选择加工工艺 条件变仪测量其流变行为,得到一系列剪切速率与剪2.1.1加工温度切应力、剪切速率与剪切黏度、不稳定流动等比较聚合物在加工过程中不可避免地受到热、氧接近加工过程的流变曲线和数据，并说明了毛细及剪切的作用,如果加工温度选择不当,不仅会增管流变仪在聚烯烃加工工艺条件的选择、配方的大加工能耗，而且有可能因材料热降解而使其性筛选优化以及产品质量控制方面的应用。能下降。由图1看出，从230 C开始，随温度升高，1实验部分PP-R管材料剪切黏度明显下降;230 C与240 C .1.1原料剪切黏度相近,245C和255C剪切黏度相近;无规共聚聚丙烯(PP-R)管材料,高密度聚当加工温度大于245C后,PP-R管材料挤出时乙烯(HDPE)波纹管专用料,HDPE电缆料(不同伴有烟雾产生,其氧化诱导期也有所下降。由于在.批次),均为中国石油化工股份有限公司齐鲁分公聚丙烯(PP)主链.上存在大量的叔碳原子,这些叔司(简称齐鲁石化)生产;HDPE DGDK 3364,美国Dow化学公司生产;茂金属线型低密度聚乙烯. 2007-06-150(mLLDPE),齐鲁石化中试产品; mLDPE与低密中国煤化工程师，1987年毕业度聚乙烯(LDPE)共混料,用PLD 651型挤出机于200C下造粒制得;mLLDPELDPE共混薄膜北分CNMHG体强度等分析测试工作。联系电话: (0533)7511340; E-mail: jexj99@tomn.由PLD651型挤出机吹膜机组吹膜制得。com。.82合成树脂及塑料2007年第24卷碳原子极易受到氧的攻击而发生断链降解,最终300导致PP强度下降而使性能变差网。因此,根据以80上情况，确定PP--R管材料加工温度应低于245C，再提高加工温度已无益于PP. -R管材料加工260性能的改善,不仅增加加工能耗,还导致其加工性能下降。2201xI02190195200205210215220温度/心图2 HDPE 波纹管专用料在不同温度下的临界剪切速率Fig. 2 Critical shear rnate of the high density polyethylene1x10specialty resin for corrugated pipe at differentemperatures1x1021xl0'的黏度明显减小,在高剪切速率(大于或等于100剪切速率n~'s-I)下的剪切变稀现象明显改善;继续增加LDPE,图1 PP-R 管材料在190-255 C下的流变曲线共混物的黏度逐渐减小;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较大。(PP-R) for tubing at 190-255 C2.1.2加工速度: LLDPE+在聚合物的加工过程中，当剪切速率超过某，mLLDPE+LDPE(309)一极限时,随着剪切速率的增大，挤出物的衣面依次出现粗糙(如鲨鱼皮状或桔皮状)、尺寸周期性起伏(如波纹状、竹节状和螺纹状)、甚至破裂成碎块等畸变现象甲。该现象称为挤出物的不稳定流动,影响产品外观质量。用毛细管流变仪在不同温1xIC度下测定HDPE波纹管专用料的临界剪切速率，01xl0tx10P可为HDPE波纹管专用料选择合适的加工速度提剪切速事心’供依据。图3 mLDPE 与LDPE不同配比下的流变曲线从图2看出，当实验温度从190 C升至210Fig. 3 Rhcological curves of the malallocenc lincar low densitypudyethylene (mLDPE) with dfferent contents of LDPEC,HDPE波纹管专用料的临界剪切速率从200s+升至300s;而当实验温度从210 C升至220 C结合表1中mLLDPE共混料薄膜的拉伸性能时,临界剪切速率趋于恒定。因此,在加工过程中及制品加工性能要求,LDPE的加人量可在少于应根据不同温度下的临界剪切速率，选掸低于临20%的范围内继续筛选配方。界剪切速率的速度加工;或通过加入氟弹体、润滑表1mLDPE与LDPE共混料薄膜的拉伸性能剂等手段改性,提高材料的临界剪切速率,从而提Tab.1 Tensile properties of the flms made of blendof mLLDPE and LDPE高其加工速度,增加产量。w(LDPE),%2.2配方的筛选 优化项目102030mLLDPE较传统的LLDPE和LDPE具有密度低、强度高、透明性好、抗穿刺能力强.热封温度低粒伸强度/MPa55.255.834.8等优点，缺点是相对分子质量分布窄，熔融速度断裂伸长率,%64466048快,熔体黏度大,用一般的LDPE和LDPE加工.中国煤化工7 .4.0设备很难加工,需通过用LDPE对其共混政性,在CNMHG保持其优良力学性能前提下,改善其加工性能"。2.3 产 品的质重控制由图3看出,当vo(LDPE)为10%时,共混物由于毛细管流变仪剪切速率的范围接近聚合第5期贾秀丽.毛细箐流变仅在聚烯烃加工中的应用.83.物加工剪切速率的范围,因此,可根据测定不同批3结论次聚合物的流变曲线上出现的偏离或重复性,控a)毛细管流变仪可用于聚烯烃加工工艺条件制产品质量。从图4可以看出,0111.0402、0407的选择、加工配方的优化和产品的质量控制。批次与DCDK 3364流变曲线基本重合,而0502b)通过毛细管流变仪测试聚烯烃在不同温批次流变曲线出现了较大的偏离。针对这种情况，度下的临界剪切速率,或通过加人氟弹体、润滑剂应对0502批次产品出现的质量问题查找原因。等改性聚烯烃提高临界剪切速率，可为改善产品外观质量,提高其加工速度、增加产量提供依据。。DGDK 3364# 0111”0402’ 04071周彦豪.秦合物加工流变学基础[M].陕西:酒安交通大学出1x10'版社, 1988. 1~752杨国文.塑料材料[M].四川:成都科技大学出版社, 1987.3金日光,华幼卿.高分子物理[M]北京:化学工业出版社，Ix10f1N10'1x1042002. 218剪切速宰~4周南桥，占国荣.茂金属榮烯烃材料的加工技术的研究]图4不同批次HDPE电缆料与进口料的流变曲线工程塑料应用, 2003, 31(4): 13~16ig 4 Rheological eurves of the HDPE speciality resins for ceablein diferent batches and their inported counterpurt(编辑:刘敏)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中国煤化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