擠出成型微晶聚烯烴片材和管材

16工程塑料應用2000年,第28卷,第1期材斷面尺寸為58mmx2mm,流道的收斂半角有收斂半角的口模進(jìn)行低溫擠出,分別測試了片材的30° ,45° ,60°三種,見(jiàn)圖1?？v向拉伸強度和橫向拉伸強度,其結果見(jiàn)表1。管材機頭:管材擠出機頭帶有收斂流道,收斂角表1 HDPF和 PP擠出自增強片材試樣的力學(xué)性能30,管材外徑044mm,壁厚2mm,見(jiàn)圖2。HOE SoHDE6098P130流遒收斂半角/(9)|流道收斂半角/(0)| 流遒收斂半角/(°)原始拉神強度!Ma縱向拉伸強度/MPs 232.8.157.636.1250.10.10 |4.520 I 61縱向強度攬高幅度/% 36101 506[289|101 m|37|633 105橫向拉伸強度/APR 36.637.8 | 3.338.629.226.8抄| 5.3| 35.2橫向強度提高幅度/%40.845.439.6 48.5|12.3.3.11 319117。E:)縱向、橫向值相同。圖1片材機頭圖2管材機頭從表1看出,自增強片材的縱向、橫向拉伸強度2.1.2溫度、壓力 控制均明顯提高,特別是縱向拉伸強度增加的幅度頗大,擠出機頭由硅油循環(huán)進(jìn)行分段控溫,由PID比表現出明顯的各向異性。另外還探索出一個(gè)特殊的例調節器與可控硅電壓調節器將口模溫度控制在工藝窗口,在此條件下可以制得縱向、橫向拉伸強度土1C的精度范圍內。機頭內的壓力和溫度由熔體提高幅度基本相等(都在40%以上)的片材。壓力、溫度兩用傳感器(PT131 - 150 MPa - 990306E)2.4微觀(guān)結構表征及配套儀表指示。2.4.1結 晶行為2.2低溫擠出工藝 窗口探索圖3為HDPE原料、自增強試樣的DSC曲線(xiàn)。實(shí)驗研究發(fā)現, HDPE和PP在稍高于熔點(diǎn)(高從圖3可看出,隨著(zhù)自增強程度提高,其熔點(diǎn)向高溫于熔點(diǎn)約2C)的一個(gè)狹窄的溫度范圍內有一可擠方向漂移,從原料的122. 53C提高到自增強試樣的出工藝窗口。在此窗口的兩側擠出阻力增加,擠出134.79 ,提高了12.26C。說(shuō)明制品中片晶厚度增變得困難。低于此溫度時(shí),在擠出高壓下物料在收加,經(jīng)計算達61nm,比普通試樣提高116%,其結晶.斂口模內迅速大量結晶,擠出阻力大增,造成擠出中度也從53%提高到75%。斷;當擠出口模溫度超過(guò)工藝窗口溫度時(shí),擠出阻力37.44;上升,且擠出會(huì )出現不穩定現象,口模各點(diǎn)出料速度自增強試樣不均勻,如果溫度超過(guò)工藝窗口5C以上則出現彈性噴射現象,擠出物嚴重扭曲,很容易在牽引時(shí)斷號18.72|裂。在工藝窗口溫度范圍內擠出有以下幾個(gè)特點(diǎn):①沿斷面出料速度均勻,擠出的片材幾乎沒(méi)有出模膨脹現象，片材厚度均勻;②制品由于晶粒細化呈完5777 97溫度/C .全透明狀,與常規擠出的白色不透明制品有明顯區別;③擠出壓力較小,一般在50MPa以下,這是由于圖3 HDPE 50的DsC曲線(xiàn)在口模內生成了瞬態(tài)中間相一高 壓六方晶相的緣對PP也有類(lèi)似結果,其熔點(diǎn)漂移達13.9C,結故,它具有較高的流動(dòng)性,對物料擠出起到良好的潤晶度也有明顯提高,由于晶片增厚,結晶度提高,致滑作用,不但使擠出壓力降低,而且使口模內的熔體使片材的縱向拉伸強度大幅度提高。從粘滯流動(dòng)變?yōu)橹鲃?dòng),不再發(fā)生出模膨脹現象。2.4.2晶 相結構研究表明,擠出自增強片材和自增強管材有相圖4為HDPE6098普通成型試樣和自增強試樣同的工藝窗口。自增強管材為透明狀態(tài),而采用同的WAXD圖譜,其特征參數見(jiàn)表2。-原料用普通擠出方法生產(chǎn)的管材則為乳白色,兩從表2可看出，自增強試樣與普通成型試樣相者有明顯區別;自增強片材也有與自增強管材相同比,晶形參數沒(méi)有明顯變化,但按圖譜算出自增強試樣的微縣尼寸比立涌成刑述樣小得多,說(shuō)明自增強的透明狀態(tài)。2.3自增強片 材的力學(xué)性能后晶中國煤化工祥具有良好透明對兩種不同牌號的HDPE和一種PP采用不同性的YHCNMH強試樣的110晶申開(kāi)智,等:擠出成型馓晶聚烯烴片材和管材15擠出成型微晶聚烯烴片材和管材*申開(kāi)智吳世見(jiàn) 向子上胡文江(四川大學(xué)高分子材料科學(xué)與工程系,成都61004)摘要通過(guò)熔體形變法在特殊的工藝條件下擠出HDPE和PP片材和管材，產(chǎn)品由常規擠出的白色不透明狀態(tài)變?yōu)闊o(wú)色透明狀。其縱向橫向拉伸強度同步提高,HDPE的縱向拉伸強度提高了10倍,P則提高了6倍以上;HDPE的橫向拉伸強度可提高50%,PP約提高93%。.關(guān)鍵詞高密度聚乙烯 聚丙烯雙向自增強 熔體加工方法 管材片材彈性模量和強度是衡量結構材料力學(xué)性能的主差示掃描量熱(DSC)儀:DSC -7型,美國Perkip要指標,金屬和陶瓷已能做到實(shí)際彈性模量和理論- Elmer公司;值接近或相等,但實(shí)際強度和理論值還有相當大的廣角X射線(xiàn)衍射(WAXD)儀:D/MAX- IIA型,差距",而聚合物材料的彈性模量或強度都和理論日本理學(xué)公司;值相差甚遠,如聚乙烯的彈性模量只有理論值的掃描電鏡(SEM):X-650,日本日立公司;1% ,其強度只有理論值的0.1%。究其原因,主要掃描電鏡(SEM):X - 630,荷蘭菲利浦公司;是由于聚合物材料內部大分子鏈無(wú)規排列所致。若擠出機:SJ-45B,螺桿直徑045mm,長(cháng)徑比20,能在加工過(guò)程中使大分子有序化,生成特殊的凝聚上海擠出機廠(chǎng);態(tài)結構,就有可能挖掘出其潛在的力學(xué)性能,此過(guò)程牽引機:SJ- DX型,張家港新科機械廠(chǎng)。被稱(chēng)為聚合物材料的自增強(23l。這種自增強的方1.3 性能測試及實(shí)驗方法法分為固體形變法和熔體形變法4-1。筆者采用熔(1)力學(xué)性能測試:嚴格控制口模溫度在要求的體形變的方法,通過(guò)擠出成型研究了高密度聚乙烯工藝窗口內,將擠出的片材分別沿擠出方向和垂直(HDPE)和聚丙烯(PP)片、管材在特殊工藝條件下沿擠出方向按ASTMD638制取試樣,用萬(wàn)能材料試驗擠出方向和垂直方向的自增強情況,結果表明在特機分別測定其拉伸強度和彈性模量等力學(xué)性能。殊條件下HDPE的縱向拉伸強度最高可增加10~ I3(2)DSC測試:分別在片材的由表層到芯部的倍,PP最高可增加6倍以上,更有趣的是其縱向、橫0.5 mm處、1 mm處各取5 mg試樣,在N2氣氣氛保向拉伸強度表現出同步增長(cháng)的趨勢,HDPE的橫向護、升溫速率I0C/min下,用DSC儀進(jìn)行測試。拉伸強度可增長(cháng)50%左右,PP的橫向拉伸強度約增(3)WAXD測試:從片材上截取10 mm x 10 mm長(cháng)93%。從制件外觀(guān)來(lái)看,用普通擠出方法成型的試樣 ,采用多晶x射線(xiàn)銜射儀,在CuKa,石墨彎晶單HDPE或PP片、管材為白色不透明制品,而自增強色器,0.060/s的掃描速率下進(jìn)行測試。擠出的片、管材因晶粒細化而接近無(wú)色透明狀。(4)SEM觀(guān)察:采用SEM對拉伸試樣斷口形貌1實(shí)驗部分進(jìn)行觀(guān)察、拍照;并取平行于試樣表面一定距離處的1.1 原料切層面進(jìn)行打磨拋光,以KMnO, - HPO,-H2SO,刻高密度聚乙烯(HDPE) :5000 S,MFR為10.97 g/蝕,進(jìn)行清洗、干燥、噴金,用SEM觀(guān)察試樣凝聚態(tài)10min,蘭州石化公司;的微觀(guān)結構并拍照。高密度聚乙烯:6098, MFR為0.09 g/10min,齊2結果與討論魯石化公司; .2.1成型用模具及溫度、壓力控制聚丙烯(PP):1300, MFR為1.1 g/10min,燕山石2.1.1模具化公司。片材機頭:片材擠出機頭帶有錐形收斂流道,片1.2 實(shí)驗用儀器、設備中國煤化工電子萬(wàn)能材料試驗機:AC-10TA,日本島津制*香港:M.HCNMHG作所公司;收稿8期: 99.11申開(kāi)智。等:擠出成型微品聚烯效片材和管材17150主100著(zhù)0010....5020/1920/120/09(e)。普通監型試樣:b縱則擔律強度23 MPs的自增強試明Iir隊向拉伸保度298 MI的自增強試樣I圖4 HPL 6098試樣的WAXD閱謂表2 HIOPE 6098的WAXD測試結果緣薄的片晶末端相互交錯嚙合,可以認為這是典型晶形參數 普通成型試樣自增強試樣1 自增強試樣目的串晶互鎖結構(拉鏈狀結構),其模型見(jiàn)圖7。正20m24.5924.5824.42因為此種結構的形成，賦予了試樣極高的縱向拉伸20.m20>.0122.0221.841o54.61168.4276.97強度和相當高的橫向拉伸強度。17.76172.37167.74Dme4.114.15D.m3.713.73Fam0.741.261.10Fm0.891.68面和200晶面街射強度比普通試樣大得多,說(shuō)明自增強試樣的晶相發(fā)生了高度的取向,正是由于分子圖6自增強試樣的申品互鎖結構鏈高度取向并生成了穩定的結晶結構才使縱向拉伸片狀附品強度大幅度提高，2.4.3拉伸斷裂斷口形貌AA從斷口形 貌來(lái)看,用普通方法成型的HOPE或PP試樣.其斷口凹凸不平,呈典型的塑性破壞。而脊紙維品自增強試樣的縱向斷口基緊密排列的微纖結構,橫向拉伸斷裂的斷口為相互平行排列的片狀結構(見(jiàn)葉圖5),但微纖之間有分叉交錯現象,沿拉斷方向有167市晶互鎮結構模 圖微纖從片狀結構中拔出,說(shuō)明在此方向也有較好的3結論拉伸強度在特殊的工藝條件下用高密度聚乙烯和聚丙烯擠出成型了58 mmx2 mm的片材，并用高密度聚乙烯擠出了(044mmx2mm的管材,制品的縱向拉伸強度大幅度提高,其中高密度聚乙烯的拉伸強度提高達10倍,聚內烯的拉伸強度提高了6倍以上,而其橫向拉伸強度也同時(shí)提高,但提高幅度只有50%(HDPE)或93%(PP)左右?？梢灶A料用該方法生產(chǎn)高強度的聚烯烴異型材是有應用前景的,參考文獻圖S白增強試樣的橫向拉伸 斷1T 5FM照片1 SinghPN. a al. Elemertury Mrchanin d Solide, lii: Wiley Baiem2.4.4凝聚態(tài)結構圖6為自增強試樣靠近表層放大4萬(wàn)倍的SEM2 Suter :中國煤化工照片,芯層的照片也有類(lèi)似的結構。從圖6可以看3 2vprg.MTHCNMHG8到圓盤(pán)狀片晶整齊.平行地沿縱向排列,中間厚、邊4 Kulel haldy.nan50.191.21