共聚聚丙烯拉伸流變性能研究

王晶　傅勇　徐振明　袁小亮　左勝武

(中國石化揚(yáng)子石油化工有限公司南京研究院，江蘇 南京，210048)

共聚聚丙烯拉伸流變性能研究

王晶傅勇徐振明袁小亮左勝武

(中國石化揚(yáng)子石油化工有限公司南京研究院，江蘇 南京，210048)

摘要：采用雙螺桿擠出方法，將3種共聚聚丙烯(PP)基料PPB，PPR和PPB-G按照不同配比進(jìn)行共混。利用拉伸流變儀，研究了3種不同PP樹脂的熔體強(qiáng)度和拉伸流變行為。通過與小中空制品聚乙烯專用料HHM5502對比，討論了3種基料的熔體拉伸流變特征。結(jié)果表明：當(dāng)PPB，PPR，PPB-G質(zhì)量比分別為40∶20∶40和40∶35∶25時(shí)，可以得到同時(shí)具備高熔體強(qiáng)度和高熔體延展性的PP樹脂，二者的熔體強(qiáng)度均大于0.17 N，熔體可拉伸比也均超過了5。

關(guān)鍵詞：共聚聚丙烯拉伸流變?nèi)垠w強(qiáng)度 拉伸比

聚丙烯(PP)是目前世界上應(yīng)用最為廣泛、產(chǎn)量增長最快的樹脂之一，近年來已經(jīng)發(fā)展成為汽車、建筑、電器、包裝等行業(yè)不可或缺的基本原料之一[1]。但通常情況下得到的PP具有優(yōu)異的高熔體強(qiáng)度，卻不具有很好的熔體延展性。因此，開發(fā)同時(shí)具備高熔體強(qiáng)度和高熔體延展性的PP樹脂產(chǎn)品，才可以充分發(fā)揮PP在熱成型、吹塑成型和發(fā)泡成型工藝中的應(yīng)用。

下面采用雙螺桿擠出方法，將3種共聚PP基料按照不同比例進(jìn)行共混，得到了不同配比的共混PP。通過拉伸流變儀，對不同基料PP和不同配混料PP的熔體強(qiáng)度和熔體延展性進(jìn)行了研究。

1試驗(yàn)部分

1.1主要原料及儀器設(shè)備

嵌段共聚PP(PPB)，熔體流動(dòng)速率(MFR)為2.0 g/10 min，無規(guī)共聚(PPR)，MFR為0.25 g/10 min，嵌段PP(PPB-G)，MFR為0.4 g/10 min，均為揚(yáng)子石油化工有限公司；小中空制品聚乙烯(PE)專用料，HHM5502，中國石油化工股份有限公司茂名分公司。RT2000型高壓毛細(xì)管流變儀，Rheotens71.97型擠出式熔體拉伸流變儀，均為德國G?ttfert公司；LHFS1-271022型雙螺桿擠出機(jī)，德國Labtech公司。

1.2共混PP的制備

將PPB，PPR和PPB-G按不同配比共混后經(jīng)雙螺桿擠出造粒，得到不同配比的PP配混料。雙螺桿各區(qū)的溫度分別為165，205，220，230，230，230，230，230，230 ℃，模頭溫度為230 ℃，螺桿轉(zhuǎn)速為200 r/min。

1.3測試與表征

在熔體拉伸流變儀上測定不同基料和不同配混料PP的拉伸流變性能。

2結(jié)果與討論

2.1不同PP基料的熔體強(qiáng)度及拉伸流變行為

圖1是3種PP基料和PE HHM5502的熔體強(qiáng)度曲線。

圖1　3種PP基料和PE專用料的熔體強(qiáng)度分析

從圖1可以看出， PPR具有最強(qiáng)的熔體強(qiáng)度，約是PE HHM5502的4倍； PPB的熔體強(qiáng)度最小，約只有PE HHM5502的五分之一。另一方面，PPR顯示了最小拉伸比，即熔體易出現(xiàn)“頸縮”，熔體延展性較差，很容易發(fā)生熔體斷裂，而熱成型、吹膜成型和發(fā)泡等加工工藝中對熔體強(qiáng)度和熔體的延展性要求均較高。PE HHM5502在熔體強(qiáng)度和熔體延展性之間擁有很好的平衡，即在保持較高的熔體強(qiáng)度下，仍具有很好的拉伸比。

圖2是3種PP基料和PE HHM5502的拉伸應(yīng)力曲線。

圖2 3種PP基料和PE專用料拉伸應(yīng)力分析

由圖2可以發(fā)現(xiàn)，在拉伸比小于2時(shí)，PPR和PPB-G的熔體拉伸應(yīng)力均比相同拉伸比下PE HHM5502的要高，說明熔體能承受外力的能力較顯著，然而在較高拉伸比(大于2)下，PPR和PPB-G均發(fā)生熔體斷裂現(xiàn)象，拉伸應(yīng)力急劇下降，而PE HHM5502隨著拉伸比增加拉伸應(yīng)力不斷增大，有較明顯的“應(yīng)力硬化”現(xiàn)象，此拉伸流變行為也是PE HHM5502可廣泛應(yīng)用于吹塑成型制備小中空制品的內(nèi)在因素。此外，PPB隨著拉伸比增加，拉伸應(yīng)力也不斷增大，但是PPB的拉伸應(yīng)力卻比PE HHM5502小很多，因此熔體抵抗外力的能力明顯不如PE HHM5502的。

圖3是3種PP基料和PE HHM5502的拉伸黏度曲線。

圖3 3種PP基料和PE專用料拉伸黏度分析

從圖3可以看出，PPR和PPB-G在較低的拉伸應(yīng)變速率下具有較高的拉伸黏度，卻不具備較好的熔體延展性，而PE HHM5502在較高的拉伸應(yīng)變速率下，仍能保持較高的拉伸黏度，該結(jié)果也與拉伸應(yīng)力曲線有很好的一致性。

2.2PP配混料的配方及其拉伸流變行為

將PPB單獨(dú)與PPB-G或者PPR進(jìn)行共混造粒，得到PPB和PPB-G或者PPB和PPR配混料，具體配比見表1。

表1　PPB與其他基料的共混配方　質(zhì)量份

配混后得到的PP拉伸流變曲線如圖4所示。

圖4 PP共混料與PE專用料熔體強(qiáng)度分析

從圖4可以看出，樣品PP1具有較高的熔體強(qiáng)度，卻具有較低的熔體拉伸比；PP2的拉伸比明顯增加，但熔體強(qiáng)度卻下降明顯，也就導(dǎo)致其抵抗外力的能力大大下降；另一方面，PP3和PP4與圖1中的PPR基料相比，其熔體強(qiáng)度均明顯下降，而熔體延展性方面改善也不明顯。由此可見，通過單獨(dú)共混2種基料的方式并不能得到同時(shí)具有較高熔體強(qiáng)度和較高熔體拉伸比的PP樹脂。

表2　3種PP基料的共混配方

基于上述結(jié)果，進(jìn)一步將3種PP基料按表2配方進(jìn)行了共混，得到三者共混PP樹脂，所對應(yīng)的拉伸流變曲線如圖5所示。

從圖5可以看出，在各組配混料中，當(dāng)PPB，PPR和PPB-G的質(zhì)量配比分別為40∶20∶40(PP7)和40∶35∶25(PP11)時(shí)，所得到的共混PP與PE HHM5502的拉伸流變行為最為相似，2種樹脂的熔體強(qiáng)度均大于0.17 N，同時(shí)熔體可拉伸比也較高。

圖6是樣品PP7,PP11與PE HHM5502的拉伸應(yīng)力曲線對比。

圖5 不同配比下PP共混物的熔體強(qiáng)度分析

圖6 PP7和PP11與PE專用料拉伸應(yīng)力分析

從圖6可以看出，PP7和PP11具有與PE HHM5502相似的拉伸應(yīng)力行為，熔體能夠抵抗較強(qiáng)外力的同時(shí)也具有較大的可拉伸性，二者的可拉伸比均大于5，而且隨著拉伸比的增加，拉伸應(yīng)力也不斷增加。

3結(jié)論

a)3種共聚PP中，PPR熔體強(qiáng)度最高，但可拉伸性最差；PPB具有較好的熔體可拉伸性，熔體強(qiáng)度卻較低。

b)將PPB單獨(dú)與PPB-G或者PPR共混時(shí)，得到的PP樹脂無法同時(shí)具備較高的熔體強(qiáng)度和較好的熔體延展性。

c)將PPB，PPR和PPB-G三者進(jìn)行共混，當(dāng)共混比例分別為40∶20∶40和40∶35∶25時(shí)，所得到的PP與PE HHM5502具有相似的熔體拉伸流變行為，此時(shí)樹脂的熔體強(qiáng)度均大于0.17 N，同時(shí)其熔體延展性也較高，熔體可拉伸比均超過5。

參考文獻(xiàn)

[1]徐瑩. 高流動(dòng)透明聚丙烯的應(yīng)用研究及市場發(fā)展[J]. 國外塑料，2012,30(1):30-34.

Study on Extensional Rheology of Co-Polypropylenes

Wang Jing Fu Yong Xu Zhenming Yuan XiaoliangZuo Shengwu

(Nanjing Research Institute of Yangzi Petrochemical Co.，Ltd.，SINOPEC，Nanjing，Jiangsu，210048)

Abstract：The different percentages of the co-polypropylenes including PPB, PPR and PPB-G were prepared by the twin-screw extruder. The melt strength and extensional rheological behaviors of three kinds of co-polypropylenes were studied by extensional rheometer. Compared to special resins of polyethylene HHM5502 used for small hollow products, the extensional rheological characteristics of these co-polypropylenes were discussed. The results show that when m(PPB∶PPR∶PPB-G) is 40∶20∶40 or 40∶35∶25, the polypropylene with both high melt strength and high melt ductility is successfully attained. The melt strength is more than 0.17 N, and the melting drawing ratio is also more than 5.

Key words：co-polypropylene; extensional rheology; melt strength; drawing ratio

收稿日期：2015-07-30;修改稿收到日期:2015-12-21。

作者簡介：王晶,男,博士,主要從事塑料加工及其改性方面研究。E-mail:wangjing19870303@163.com。

DOI：10.3969/j.issn.1004-3055.2016.02.003