標(biāo)準(zhǔn)化在測(cè)試CPP拉伸黏度中的應(yīng)用

吳春霜，張貴棉，陳清玉

標(biāo)準(zhǔn)化在測(cè)試CPP拉伸黏度中的應(yīng)用

吳春霜1,2，張貴棉1,2，陳清玉1,2

1.中國(guó)石油獨(dú)山子石化分公司研究院（新疆獨(dú)山子833699）
2.新疆橡塑材料實(shí)驗(yàn)室（新疆獨(dú)山子833699）

用Rheotens拉伸流變儀測(cè)試CPP拉伸黏度時(shí),影響因素有溫度、測(cè)量輪對(duì)間的距離、擠出速率、拉伸加速度，在測(cè)試條件不當(dāng)時(shí)往往會(huì)造成CPP拉伸黏度的偏差較大。通過(guò)正交試驗(yàn)L9（34）研究影響因素的顯著性，方差分析結(jié)果表明，溫度、測(cè)量輪對(duì)間的距離、拉伸加速度對(duì)拉伸黏度的影響顯著，擠出速率影響不明顯。通過(guò)正交試驗(yàn)，確定在測(cè)試溫度為160～170℃，測(cè)量輪對(duì)間的距離為0.25mm，拉伸加速率為36mm·s-2，擠出速率為0.3mm·s-1時(shí)測(cè)試CPP拉伸黏度，其相對(duì)平均偏差小于等于20%，并將該條件標(biāo)準(zhǔn)化，最終減少了不必要的重復(fù)性勞動(dòng)，保證了測(cè)試結(jié)果的重復(fù)性及可靠性。

聚丙烯流延膜（CPP）；拉伸黏度；拉伸流變儀；正交試驗(yàn)；影響因素；標(biāo)準(zhǔn)化

聚合物熔體或溶液的黏度是一個(gè)重要的材料參數(shù)[1]。Rheotens拉伸流變儀測(cè)試?yán)祓ざ纫子诓僮鳎瑪?shù)據(jù)重現(xiàn)性好[2]，但文獻(xiàn)[3]說(shuō)Rheotens拉伸流變儀測(cè)試聚烯烴的拉伸流變性能時(shí)重復(fù)性不好。在使用Rheotens拉伸流變儀測(cè)試聚丙烯流延膜（以下簡(jiǎn)稱(chēng)CPP）的拉伸黏度的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，主要原因是CPP的拉伸黏度偏差較大。研究用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)找出了影響CPP拉伸黏度測(cè)試結(jié)果偏差較大的顯著影響因素，確定了測(cè)試條件，為了鞏固研究成果、減少不必要的重復(fù)勞動(dòng)、降低成本，特將該測(cè)試條件進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，納入了中國(guó)石油獨(dú)山子石化分公司（以上簡(jiǎn)稱(chēng)獨(dú)山子石化公司）研究院標(biāo)準(zhǔn)中，在以后的CPP評(píng)價(jià)工作中均運(yùn)用該標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)試分析，以獲得可靠的測(cè)試結(jié)果。

1 試驗(yàn)部分

1.1原料

CPP，W0723F，熔體流動(dòng)速率7.30g/10min (2.16kg)，獨(dú)山子石化公司生產(chǎn)；W725EF，熔體流動(dòng)速率7.90g/10min(2.16kg)，獨(dú)山子石化公司生產(chǎn)；C5908，熔體流動(dòng)速率8.40g/10min(2.16kg)，燕山石化生產(chǎn)；7632L，熔體流動(dòng)速率6.50g/10min(2.16kg)，新加坡生產(chǎn)；7642，6.70g/10min(2.16kg)，韓國(guó)三星生產(chǎn)。

1.2儀器

毛細(xì)管流變儀，Rheo-Tester 2000，德國(guó)Gottffert公司生產(chǎn)。熔體拉伸流變儀，Rheotens 71.97型，德國(guó)Gottffert公司生產(chǎn)。毛細(xì)管到測(cè)量輪對(duì)間的距離為102mm，毛細(xì)管直徑為2mm，長(zhǎng)徑比為10∶1。

2 結(jié)果與討論

2.1正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)

用Rheotens 71.97型拉伸流變儀測(cè)試CPP的拉伸黏度時(shí)，影響測(cè)試結(jié)果的外部試驗(yàn)條件有試驗(yàn)溫度、擠出速率、拉伸加速度、測(cè)量輪對(duì)間的距離等條件，當(dāng)測(cè)試條件不合適時(shí)會(huì)使同一高聚物拉伸黏度相差甚遠(yuǎn)。根據(jù)測(cè)試過(guò)程及文獻(xiàn)調(diào)研，溫度、測(cè)量輪對(duì)間的距離、拉伸加速度和擠出速率為影響測(cè)試結(jié)果的主要因素，因此采用正交試驗(yàn)對(duì)上述結(jié)果進(jìn)行了分析。

2.1.1 溫度對(duì)拉伸黏度的影響

溫度是影響熔體拉伸黏度最重要的因素，隨著溫度升高，在其他條件相同時(shí)，聚合物熔體的拉伸黏度都會(huì)有所下降[3]。CPP相對(duì)分子質(zhì)量偏?。ㄏ鄬?duì)管材、中空等原料而言），其拉伸黏度也偏小（190℃時(shí)），因此要想用熔體拉伸儀測(cè)試其拉伸黏度，合適的溫度是試驗(yàn)的最基本條件。

2.1.2 擠出速率對(duì)拉伸黏度的影響

在溫度等條件相同時(shí)，隨擠出速度的增加，相同應(yīng)變速率下，熔體的拉伸應(yīng)力和拉伸黏度都有所降低。在測(cè)量過(guò)程中，應(yīng)該適當(dāng)?shù)奶岣邤D出速率，使熔體拉伸盡量接近于等溫狀態(tài)。

2.1.3 其他條件對(duì)拉伸黏度的影響

試驗(yàn)過(guò)程、拉伸加速度及測(cè)量輪對(duì)間的距離對(duì)聚丙烯拉抻黏度可能有一定的影響[4]，但影響效果需要試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。

2.2正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)

測(cè)試CPP拉伸黏度的外部影響因素有：溫度、測(cè)量輪對(duì)間的距離、拉伸加速度和擠出速率。本文用正交試驗(yàn)L9（34）來(lái)確定這4個(gè)因素對(duì)CPP拉伸黏度測(cè)試的影響效果。根據(jù)試驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)，確定正交試驗(yàn)的因素水平，見(jiàn)表1。

表1 CPP正交試驗(yàn)L9（34）因素水平表

2.3試驗(yàn)結(jié)果與處理

根據(jù)表1試驗(yàn)條件，按正交表L9（34）對(duì)CPPW0723F進(jìn)行拉伸流變?cè)囼?yàn)。本次正交試驗(yàn)的考察指標(biāo)是拉伸黏度的相對(duì)平均偏差，由于1次試驗(yàn)的數(shù)據(jù)可能不具有代表性，因此每個(gè)試驗(yàn)重復(fù)進(jìn)行3次，試驗(yàn)安排及處理結(jié)果見(jiàn)表2。

根據(jù)表2計(jì)算因素的F值，再與F分布表中查出的相應(yīng)的臨界值Fα(f因，fE)比較，判斷各因素顯著性的大小。通常，若F＞F0.01(f因，fE)，就稱(chēng)該因素是高度顯著的，用2個(gè)星號(hào)表示；若F＜F0.01((f因，fE)，但F＞F0.05(f因，fE)，則稱(chēng)該因素的影響是顯著的，用1個(gè)星號(hào)表示；若F＜F0.05(f因，fE)，就稱(chēng)該因素的影響是不顯著的，不用星號(hào)表示。本次正交試驗(yàn)的結(jié)果方差分析結(jié)果見(jiàn)表3。

從表3中可看到溫度、測(cè)量輪對(duì)間的距離、拉伸加速度的F值大于F0.10=2.668 17，說(shuō)明溫度、測(cè)量輪對(duì)間的距離、拉伸加速度對(duì)聚丙烯流延拉伸黏度的相對(duì)平均偏差的影響非常顯著，擠出速率對(duì)測(cè)試結(jié)果的偏差影響不顯著。

表2 CPPW0723F正交試驗(yàn)L9（34）結(jié)果與分析

表3 CPP重復(fù)觀測(cè)值正交試驗(yàn)L9（34）的方差分析表

從表2的T1數(shù)據(jù)可看到，溫度的水平1相對(duì)平均偏差最?。ň∮?0%），但從正交試驗(yàn)1～9的試驗(yàn)過(guò)程中來(lái)看，如果試驗(yàn)條件合適，溫度的水平2及水平3拉伸黏度的相對(duì)平均偏差小于20%。測(cè)量輪對(duì)間的距離的最佳條件是水平2(0.25mm)；擠出速率的水平3(0.3mm·s-1)相對(duì)平均偏差最??；拉伸加速度的最佳條件是水平3(36mm·s-2)。最終通過(guò)表2確定了測(cè)試CPP拉伸黏度的試驗(yàn)條件。

2.4驗(yàn)證試驗(yàn)

為了驗(yàn)證活動(dòng)效果，按確認(rèn)的試驗(yàn)條件對(duì)W0723F、W725EF進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，其拉伸黏度的相對(duì)平均偏差見(jiàn)圖1～圖3。

圖1 最佳試驗(yàn)條件下W0723F與W725EF拉伸黏度相對(duì)平均偏差分布圖

從圖1～圖3可看到，最佳試驗(yàn)條件下W0723F與W725EF拉伸黏度的相對(duì)平均偏差均小于15%，可用試驗(yàn)條件下的相對(duì)平均偏差小于20%。在表4的試驗(yàn)條件下測(cè)試CPP拉伸黏度，其相對(duì)平均偏差應(yīng)小于等于20%。

圖2 165℃試驗(yàn)條件下W0723F與W725EF拉伸黏度相對(duì)平均偏差分布圖

圖3 170℃試驗(yàn)條件下W0723F與W725EF拉伸黏度相對(duì)平均偏差分布圖

2.5標(biāo)準(zhǔn)化

標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)生的客觀基礎(chǔ)是科學(xué)、技術(shù)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的綜合成果。測(cè)試實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)找出了影響CPP拉伸黏度測(cè)試結(jié)果偏差較大的顯著影響因素，用方差分析確定了CPP拉伸黏度相對(duì)平均偏差小于20%的測(cè)試條件。為了保證本次活動(dòng)成果有效實(shí)施，將測(cè)試CPP拉伸黏度的條件納入獨(dú)山子石化公司研究院企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《聚烯烴熔體表觀拉伸黏度的測(cè)試（拉伸主曲線法）》（Q/SY DS 04127—2014）。在以后的評(píng)價(jià)工作中運(yùn)用該標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)試分析使測(cè)試結(jié)果具有可重復(fù)性，保證測(cè)試結(jié)果準(zhǔn)確可靠。

2.6標(biāo)準(zhǔn)化應(yīng)用

按確認(rèn)的最佳試驗(yàn)條件：溫度160℃；測(cè)量輪對(duì)間的距離0.25mm；拉伸加速度36mm·s-2；擠出速率0.3mm·s-1，對(duì)CPPW0723F、C5908、7632L、7642進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，拉伸黏度的相對(duì)平均偏差見(jiàn)表4。

表4 160℃時(shí)CPP的表觀拉伸黏度相對(duì)平均偏差/%

從表4可看到，W0723F、C5908、7632L、7642均小于20%，該條件下W0723F、C5908、7632L、7642拉伸黏度的對(duì)比見(jiàn)圖4。

圖4 160℃時(shí)CPP的表觀拉伸黏度曲線

聚合物的拉伸黏度隨拉伸速率變化的規(guī)律與成形穩(wěn)定性有關(guān)[5]，若拉伸黏度隨拉伸速率的增大而增大，稱(chēng)為拉伸硬化行為，拉伸速率的增大有助于提高成形穩(wěn)定性；而拉伸黏度隨拉伸速率的增大而減小時(shí)稱(chēng)為拉伸軟化行為。從熔體拉伸流動(dòng)時(shí)發(fā)生的結(jié)構(gòu)變化分析[6]，拉伸速率對(duì)拉伸黏度的影響呈雙重作用：一方面，隨著拉伸速率的提高，大分子鏈發(fā)生伸展并沿著拉伸流動(dòng)方向取向，結(jié)果使拉伸黏度提高；另一方面，隨著拉伸速率的提高，會(huì)發(fā)生大分子鏈解纏結(jié)，結(jié)果導(dǎo)致拉伸黏度下降。從圖4中可看到，試驗(yàn)條件下W0723F的拉伸黏度隨著拉伸速率的增大先下降再呈上升趨勢(shì)，既不符合拉伸硬化行為，也不符合拉伸軟化行為，這可能前期W0723F拉伸黏度的下降是由于大分子鏈解纏作用大于拉伸流動(dòng)取向，那么其拉伸黏度呈下降趨勢(shì)。當(dāng)二者的作用達(dá)到平衡時(shí)，其拉伸黏度呈直線。拉伸速率進(jìn)一步增大時(shí)，大分子鏈的拉伸取向大于解纏，因而其拉伸黏度呈上升趨勢(shì)。C5908、7632L、7642的拉伸黏度隨著拉伸速率的增大先下降到一定程度后達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，呈拉伸軟化行為。

W0723F的拉伸黏度遠(yuǎn)大于C5908、7632L、7642，而C5908、7632L、7642的拉伸黏度相近。在對(duì)W0723F、C5908、7632L、7642用流延方式生產(chǎn)薄膜時(shí)，W0723F與C5908、7632L、7642不能在相同的加工溫度下進(jìn)行生產(chǎn)，其加工溫度要較C5908、7632L、7642高。

3 結(jié)論

通過(guò)本次正交試驗(yàn)確定了用Rheotens拉伸流變儀測(cè)試CPP拉伸黏度的試驗(yàn)條件，其相對(duì)平均偏差不大于20%。

將研究結(jié)果納入獨(dú)山子石化公司研究院企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《聚烯烴熔體表觀拉伸黏度的測(cè)試（拉伸主曲線法）》(Q/SY DS 04 127—2014），可減少不必要的重復(fù)勞動(dòng)、降低成本，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化后得到的CPP拉伸流變數(shù)據(jù)詳實(shí)可靠。

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The factors of influencing the extensional viscosity testing of CPP using rheotens include temperature,the disdance between measuring wheels,extrusion rate and stretching acceleration.The significance of the factors are studied by orthogonal experiment(L9(34))，and variance analysis result shows that,the influences of the temperature,the disdance between measuring wheels and the stretching ac?celeration are significant,and the influence of the extrusion rate is relatively not significant.The orthogonal experiment result shows that,the relative error of the extensional viscosity testing of CPP is not larger than 20%when the temperature is 160～170℃,the dis?dance between measuring wheels is 0.25 mm,the stretching acceleration is 36 mm·s-2,and the extrusion rate is 0.3 mm·s-1.The condi?tions are standardized,which reduces unnecessary repetitive work and ensures the repeatability and reliability of the test results.

cast polypropylene film(CPP);extensional viscosity;rheotens;orthogonal experiment;influencing factor;standardization

萍

2016-12-30

吳春霜（1970-），女，高級(jí)工程師，主要從事合成樹(shù)脂的評(píng)價(jià)工作。