挤出成型微晶聚烯烃片材和管材

16工程塑料应用2000年,第28卷,第1期材断面尺寸为58mmx2mm,流道的收敛半角有收敛半角的口模进行低温挤出,分别测试了片材的30° ,45° ,60°三种,见图1。纵向拉伸强度和横向拉伸强度,其结果见表1。管材机头:管材挤出机头带有收敛流道,收敛角表1 HDPF和 PP挤出自增强片材试样的力学性能30,管材外径044mm,壁厚2mm,见图2。HOE SoHDE6098P130流遒收敛半角/(9)|流道收敛半角/(0)| 流遒收敛半角/(°)原始拉神强度!Ma纵向拉伸强度/MPs 232.8.157.636.1250.10.10 |4.520 I 61纵向强度揽高幅度/% 36101 506[289|101 m|37|633 105横向拉伸强度/APR 36.637.8 | 3.338.629.226.8抄| 5.3| 35.2横向强度提高幅度/%40.845.439.6 48.5|12.3.3.11 319117。E:)纵向、横向值相同。图1片材机头图2管材机头从表1看出,自增强片材的纵向、横向拉伸强度2.1.2温度、压力 控制均明显提高,特别是纵向拉伸强度增加的幅度颇大,挤出机头由硅油循环进行分段控温,由PID比表现出明显的各向异性。另外还探索出一个特殊的例调节器与可控硅电压调节器将口模温度控制在工艺窗口,在此条件下可以制得纵向、横向拉伸强度土1C的精度范围内。机头内的压力和温度由熔体提高幅度基本相等(都在40%以上)的片材。压力、温度两用传感器(PT131 - 150 MPa - 990306E)2.4微观结构表征及配套仪表指示。2.4.1结 晶行为2.2低温挤出工艺 窗口探索图3为HDPE原料、自增强试样的DSC曲线。实验研究发现, HDPE和PP在稍高于熔点(高从图3可看出,随着自增强程度提高,其熔点向高温于熔点约2C)的一个狭窄的温度范围内有一可挤方向漂移,从原料的122. 53C提高到自增强试样的出工艺窗口。在此窗口的两侧挤出阻力增加,挤出134.79 ,提高了12.26C。说明制品中片晶厚度增变得困难。低于此温度时,在挤出高压下物料在收加,经计算达61nm,比普通试样提高116%,其结晶.敛口模内迅速大量结晶,挤出阻力大增,造成挤出中度也从53%提高到75%。断;当挤出口模温度超过工艺窗口温度时,挤出阻力37.44;上升,且挤出会出现不稳定现象,口模各点出料速度自增强试样不均匀,如果温度超过工艺窗口5C以上则出现弹性喷射现象,挤出物严重扭曲,很容易在牵引时断号18.72|裂。在工艺窗口温度范围内挤出有以下几个特点:①沿断面出料速度均匀,挤出的片材几乎没有出模膨胀现象，片材厚度均匀;②制品由于晶粒细化呈完5777 97温度/C .全透明状,与常规挤出的白色不透明制品有明显区别;③挤出压力较小,一般在50MPa以下,这是由于图3 HDPE 50的DsC曲线在口模内生成了瞬态中间相一高 压六方晶相的缘对PP也有类似结果,其熔点漂移达13.9C,结故,它具有较高的流动性,对物料挤出起到良好的润晶度也有明显提高,由于晶片增厚,结晶度提高,致滑作用,不但使挤出压力降低,而且使口模内的熔体使片材的纵向拉伸强度大幅度提高。从粘滞流动变为柱塞流动,不再发生出模膨胀现象。2.4.2晶 相结构研究表明,挤出自增强片材和自增强管材有相图4为HDPE6098普通成型试样和自增强试样同的工艺窗口。自增强管材为透明状态,而采用同的WAXD图谱,其特征参数见表2。-原料用普通挤出方法生产的管材则为乳白色,两从表2可看出，自增强试样与普通成型试样相者有明显区别;自增强片材也有与自增强管材相同比,晶形参数没有明显变化,但按图谱算出自增强试样的微县尼寸比立涌成刑述样小得多,说明自增强的透明状态。2.3自增强片 材的力学性能后晶中国煤化工祥具有良好透明对两种不同牌号的HDPE和一种PP采用不同性的YHCNMH强试样的110晶申开智,等:挤出成型馓晶聚烯烃片材和管材15挤出成型微晶聚烯烃片材和管材*申开智吴世见 向子上胡文江(四川大学高分子材料科学与工程系,成都61004)摘要通过熔体形变法在特殊的工艺条件下挤出HDPE和PP片材和管材，产品由常规挤出的白色不透明状态变为无色透明状。其纵向横向拉伸强度同步提高,HDPE的纵向拉伸强度提高了10倍,P则提高了6倍以上;HDPE的横向拉伸强度可提高50%,PP约提高93%。.关键词高密度聚乙烯 聚丙烯双向自增强 熔体加工方法 管材片材弹性模量和强度是衡量结构材料力学性能的主差示扫描量热(DSC)仪:DSC -7型,美国Perkip要指标,金属和陶瓷已能做到实际弹性模量和理论- Elmer公司;值接近或相等,但实际强度和理论值还有相当大的广角X射线衍射(WAXD)仪:D/MAX- IIA型,差距",而聚合物材料的弹性模量或强度都和理论日本理学公司;值相差甚远,如聚乙烯的弹性模量只有理论值的扫描电镜(SEM):X-650,日本日立公司;1% ,其强度只有理论值的0.1%。究其原因,主要扫描电镜(SEM):X - 630,荷兰菲利浦公司;是由于聚合物材料内部大分子链无规排列所致。若挤出机:SJ-45B,螺杆直径045mm,长径比20,能在加工过程中使大分子有序化,生成特殊的凝聚上海挤出机厂;态结构,就有可能挖掘出其潜在的力学性能,此过程牵引机:SJ- DX型,张家港新科机械厂。被称为聚合物材料的自增强(23l。这种自增强的方1.3 性能测试及实验方法法分为固体形变法和熔体形变法4-1。笔者采用熔(1)力学性能测试:严格控制口模温度在要求的体形变的方法,通过挤出成型研究了高密度聚乙烯工艺窗口内,将挤出的片材分别沿挤出方向和垂直(HDPE)和聚丙烯(PP)片、管材在特殊工艺条件下沿挤出方向按ASTMD638制取试样,用万能材料试验挤出方向和垂直方向的自增强情况,结果表明在特机分别测定其拉伸强度和弹性模量等力学性能。殊条件下HDPE的纵向拉伸强度最高可增加10~ I3(2)DSC测试:分别在片材的由表层到芯部的倍,PP最高可增加6倍以上,更有趣的是其纵向、横0.5 mm处、1 mm处各取5 mg试样,在N2气气氛保向拉伸强度表现出同步增长的趋势,HDPE的横向护、升温速率I0C/min下,用DSC仪进行测试。拉伸强度可增长50%左右,PP的横向拉伸强度约增(3)WAXD测试:从片材上截取10 mm x 10 mm长93%。从制件外观来看,用普通挤出方法成型的试样 ,采用多晶x射线衔射仪,在CuKa,石墨弯晶单HDPE或PP片、管材为白色不透明制品,而自增强色器,0.060/s的扫描速率下进行测试。挤出的片、管材因晶粒细化而接近无色透明状。(4)SEM观察:采用SEM对拉伸试样断口形貌1实验部分进行观察、拍照;并取平行于试样表面一定距离处的1.1 原料切层面进行打磨抛光,以KMnO, - HPO,-H2SO,刻高密度聚乙烯(HDPE) :5000 S,MFR为10.97 g/蚀,进行清洗、干燥、喷金,用SEM观察试样凝聚态10min,兰州石化公司;的微观结构并拍照。高密度聚乙烯:6098, MFR为0.09 g/10min,齐2结果与讨论鲁石化公司; .2.1成型用模具及温度、压力控制聚丙烯(PP):1300, MFR为1.1 g/10min,燕山石2.1.1模具化公司。片材机头:片材挤出机头带有锥形收敛流道,片1.2 实验用仪器、设备中国煤化工电子万能材料试验机:AC-10TA,日本岛津制*香港:M.HCNMHG作所公司;收稿8期: 99.11申开智。等:挤出成型微品聚烯效片材和管材17150主100着0010....5020/1920/120/09(e)。普通监型试样:b纵则担律强度23 MPs的自增强试明Iir队向拉伸保度298 MI的自增强试样I图4 HPL 6098试样的WAXD阅谓表2 HIOPE 6098的WAXD测试结果缘薄的片晶末端相互交错啮合,可以认为这是典型晶形参数 普通成型试样自增强试样1 自增强试样目的串晶互锁结构(拉链状结构),其模型见图7。正20m24.5924.5824.42因为此种结构的形成，赋予了试样极高的纵向拉伸20.m20>.0122.0221.841o54.61168.4276.97强度和相当高的横向拉伸强度。17.76172.37167.74Dme4.114.15D.m3.713.73Fam0.741.261.10Fm0.891.68面和200晶面街射强度比普通试样大得多,说明自增强试样的晶相发生了高度的取向,正是由于分子图6自增强试样的申品互锁结构链高度取向并生成了稳定的结晶结构才使纵向拉伸片状附品强度大幅度提高，2.4.3拉伸断裂断口形貌AA从断口形 貌来看,用普通方法成型的HOPE或PP试样.其断口凹凸不平,呈典型的塑性破坏。而脊纸维品自增强试样的纵向断口基紧密排列的微纤结构,横向拉伸断裂的断口为相互平行排列的片状结构(见叶图5),但微纤之间有分叉交错现象,沿拉断方向有167市晶互镇结构模 图微纤从片状结构中拔出,说明在此方向也有较好的3结论拉伸强度在特殊的工艺条件下用高密度聚乙烯和聚丙烯挤出成型了58 mmx2 mm的片材，并用高密度聚乙烯挤出了(044mmx2mm的管材,制品的纵向拉伸强度大幅度提高,其中高密度聚乙烯的拉伸强度提高达10倍,聚内烯的拉伸强度提高了6倍以上,而其横向拉伸强度也同时提高,但提高幅度只有50%(HDPE)或93%(PP)左右。可以预料用该方法生产高强度的聚烯烃异型材是有应用前景的,参考文献图S白增强试样的横向拉伸 断1T 5FM照片1 SinghPN. a al. Elemertury Mrchanin d Solide, lii: Wiley Baiem2.4.4凝聚态结构图6为自增强试样靠近表层放大4万倍的SEM2 Suter :中国煤化工照片,芯层的照片也有类似的结构。从图6可以看3 2vprg.MTHCNMHG8到圆盘状片晶整齐.平行地沿纵向排列,中间厚、边4 Kulel haldy.nan50.191.21