高压聚乙烯薄膜的成型加工与物理性能.pdf

7 2 塑料 工业 C HI N A P L As ，nC S I ND US T RY 第 4 4卷第 3期 2 0 1 6年 3月 高压聚乙烯薄膜的成型加工与物理性能 朱瑞璋 ，杨云芹 ，李心怡 ( 1 广东石化公司设备管理中心，广东 揭阳 5 1 5 2 0 0 ；2 大庆石化公司水气厂工业水车间，黑龙江 大庆 1 6 3 7 1 4 ； 3 广东石化公司财务部，广东 揭阳 5 1 5 2 0 0 ) 摘要：针对高压聚乙烯薄膜产品晶点 ( 鱼眼)多、物理机械性能数据低于专利商提供的考核指标等问题，从成 型加工的角度，探讨了工艺条件 ( 包括熔体温度、挤出速率)对其薄膜产品性能的影响，获得了熔体温度和挤出速 率与薄膜物理机械性能的相关性，最后提出了薄膜制备过程的关键控制条件。 关键词 ：高压聚乙烯薄膜；熔体温度；挤出速率；浊度；薄膜强度 ；断裂伸长率 d o i ：1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 5 - 5 7 7 0 2 0 1 6 0 3 0 0 8 中图分 类号 ：T Q 3 2 0 6 6 文献标识码 ：B 文章编号 ：1 0 0 5 5 7 7 0 ( 2 0 1 6 )0 3 一 o Q 7 2 0 3 Pr o c e s s i n g a nd Ph y s i c a l Pr o p e r t i e s o f Hi g h- p r e s s ur e Po l y e t hy l e ne Fi l ms ZHU Ru i z h a ng ， rANG ru n qi n ， LI Xi n y i ( 1 E q u i p m e n t Ma n a g e m e n t C e n t e r o f C h i n a P e t r o l e u m G u a n g d o n g P e t r o c h e mi c a l C o m p a n y ，J i e y a n g 5 1 5 2 0 0，C h i n a ； 2 W a t e r Ga s P l a n t o f D a q i n g P e t r o c h e mi c a l C o mp a n y， D a q i n g 1 6 3 7 1 4，Ch i n a ； 3 F i n a n c i a l d e p a r t m e n t o f G u a n g d o n g P e t r o c h e mi c al C o r p o r a t i o n ，J i e y a n g 5 1 5 2 0 0 ，C h i n a ) Ab s t r a c t ：I n t e r ms o f t h e p r o b l e ms o n mo r e fi s h e y e s a n d t h e p h y s i c a l p r o p e r t i e s l o we r t h a n t h e l i c e n s o r pr o v i d e d e v a l u a t i o n i n d i c a t o r s o f t h e h i g h p r e s s u r e p o l y e t h y l e n e fil m， t hi s a rti c l e a n a l y z e d t h e e f f e c t o f t e c h n o l o g i c a l c o n d i t i o ns s u c h a s me l t t e mp e r a t u r e a nd e x t r u s i o n r a t e o n t h e fil m p r o p e r t i e s f r o m t h e p e r s p e c t i v e o f mo l d i n g， r e v e a l e d t h e r e l a t i v i t y o n me l t t e mp e r a t u r e a n d e x t ru s i o n r a t e wi t h t he p h y s i c a l a n d me c h a n i c a l p r o p e r t i e s o f t h e fil m ， a n d p r o p o s e d t h e ke y p r e p a r a t i o n c o n d i t i o ns o n t h e p r e f e r r e d f i l m Ke y wo r ds： Hi g h P r e s s u r e Po l y e t h y l e n e F i l m ； Me l t T e mp e r a t u r e； Ex t rus i o n Ra t e； Tu r b i d i t y； Te n s i l e S t r e n g t h o f Fi l m ； El o n g a t i o n a t Br e a k 影响塑料物理性能试验的结果的因素很多 ，有材 料本身的原因，如材料本身的摩尔质量大小 、分布结 构及取 向程度等 ，也有外在 的原因，如试验样品制备 过 程 、放 置 过 程 、测 试 过 程 的 影 响 因 素 的控 制 等 1 - 2 。高压聚乙烯主要产 品的应用是高透 明薄膜 ， 对薄膜的晶点 ( 鱼眼 ) 、浊度 、伸长率、拉伸强度等 方面的性能要求较高 。本文采用该装置生产的牌 号 3 0 2 0 H及 3 0 2 6 H 为实验用料 ，通过改变样品制备 过程 中的熔体温度和挤出速率制备一系列的薄膜样品 并测试其浊度，拉伸强度、断裂伸长率。探索出熔体 温度和挤 出速率的改变对薄膜样品性 能的影响规律 ， 并确定最佳的薄膜制备条件 ，使薄膜的性能测试数据 达到了性能考核指标。 1 实验部分 1 1 主要原料 高压聚 乙烯 ：3 0 2 0 H、3 0 2 6 H，茂名石化 。 1 2 仪 器 单螺杆式 吹膜机 ：E 4 5 P，C O L L I N公 司；电子万 能材料 试 验机 ：T 1 一 F R O O 5 T H、A S O，Z w i c k R o e l l 公 司；浊 度仪 ：HA Z E G A R D P L U S ，B Y K G a r d e r公 司； 恒 温恒湿 箱 ：L H U- 2 1 3，上 海爱斯 佩克公 司；测厚 仪 ：8 9 2 0 0 7，P r o G a g e 公司。 1 3试样 制备 使用单螺杆式吹膜机制备不同牌号高压聚乙烯的 薄膜样品 ( 具体 的工艺条件参见下文 ) 。最终得到 的 薄膜厚度均为 ( 3 0 + 3 )I x m。 1 4 测试 方 法 浊度按 A S T M D1 0 0 3 2 0 1 3进行测试 ；拉伸强度 ( 纵 向 横向) 、断裂伸长率 ( 纵向 横向)按 I S O 5 2 7 3 1 9 9 5进行测试 。 作者简介 ：朱瑞璋，男，1 9 8 9年生 ，助理工程师。2 7 6 1 2 2 3 9 5 q q t o m 第4 4卷第 3期 朱瑞璋，等：高压聚乙烯薄膜的成型加工与物理性能 2 结 果与讨论 2 1 熔体温度对薄膜样品物理性能的影响 采用牌号为 3 0 2 0 H的高压聚乙烯 ，分别按照表 1 中的工艺条件制备薄膜样品。 表 l 不同熔体温度制备条件 Ta b 1 Pr e pa r a t i o n c o nd i t i on s a t d i f f e r e n t me l t t emp e r a t ur e 将实验 1 、2、3所制得 的薄膜样 品在温度 ( 2 3 2 )c I = ，相对湿度 ( 5 0 5 ) 环境 中的状态调节 2 4 h 后 ，分别测试其浊度 、拉伸强度及断裂伸长率 ，结果 见表 2 。 表 2 不 同熔体温度下 薄膜 产品的性能结果 T ab 2 P r o p e r t i e s o f t h e fi l m p r o d u c e d at d i f f e r e n t me l t t e mp e r a t u r e 由表 1 、 2可看出，随着熔体温度的提高，薄膜 浊度不断降低 ，透明度提高。这是因为在较高的熔体 温度下制备薄膜样品，为了将冷却线保持在 3 0 0 m m， 需要较大的冷却风量 ，薄膜的冷却速率加快 ，这样薄 膜球 晶尺寸 减小 ，使得 薄膜 的透明度增大 ，浊度 降 低。综合表 1 及表 2 ，可见随着熔体温度的提高，拉 伸强度和断裂伸长率先增大后减小 ，熔体温度在 1 8 0 时 ，拉伸强度及断裂伸长率达到最高 ，当熔体温度 提高至 1 9 0 o C时 ，在吹膜过程中膜泡稳定性不好 ，且 容易出现断膜，拉伸强度及断裂伸长率出现下降，其 中横向的断裂伸长率降低至性能指标以下 ，影响了产 品质量等级的判定。因此 ，熔体温度 1 8 0为最佳薄 膜制备温度。 2 2 挤 出速率对产品性能的影响 采用牌号 3 0 2 6 H的高压聚乙烯，薄膜挤出机的关 键条件设 定如下 ：熔体 温度 1 8 0 o C，吹胀 比2 5： 1 ， 冷却线高度 3 0 0 m m。 分别 将 螺杆 转速 设 为 3 0、5 0 、7 0、9 0 、1 1 0 r mi n并采集薄膜样品，经状态调节后测试这些薄膜样 品的浊度、拉伸强度、断裂伸长率如表 3 所示。 根据表 3各项性能 的测 试数据与螺杆 转速 ( 表 征挤出速率 )可知 ，随着螺杆转速 的提高 ，薄 膜样 品的浊度呈逐步下降的趋势。薄膜的浊度主要由晶体 尺寸 ，结晶度 以及表面质量决 定 ，由于螺杆转速提 升，为了维持冷却线高度 ，需要提高冷却风量 ，致使 薄膜的冷却速率加快，晶球尺寸减小，结晶度降低， 使薄膜的浊度随螺杆转速的提高而出现下降。 表 3 不同螺杆转速下薄膜产品的性能结果 Ta b 3 Pr o pe r t i e s o f t h e fil m pr o du c e d a t d i f f e r e nt s c r e w s pe e d 薄膜的拉伸强度及断裂伸长率随螺杆转速的提高 逐渐增大到一定值后呈下降趋势，在维持冷却线高度 不变但提高螺杆转速时，聚合物熔体 中的大分子在更 高的剪切应力作用下，取向程度提高，拉伸过程中分 子的解缠过程缩短 ，使得力学性能提高。然而随着螺 杆转速的提高 ，所需冷却速度随之提高 ，球晶尺寸过 小 ，造成力学性能下降。同时 ，螺杆转速进一步提高 会造成在制样 的过程 中冷却线不稳 ，风量过大 ，膜泡 摆动，薄膜容易皱折等问题。 综合以上的性能测试数据，在螺杆转速达到 7 0 r m i n时，薄膜 的浊度达 到了性 能指标 的技术要 求 ， 拉伸强度和断裂伸长率也保持在较好 的水平。因而 ， 将最佳的薄膜制备条件归纳如表 4所示。 表4 最佳薄膜制样条件 Ta b 4 P r e p a r a t i o n c o n d i t i o n s f o r t h e p r e f e r r e d fi l m s a mp l e 表 5 不同牌号薄膜产品的性能结果 T a b 5 F i l m p r o p e rt i e s of d i f f e r e n t g r a d e s 项 目 2 4 2 6 H 2 4 2 O H 5 5 浊度 纵 向拉伸强度 MP a 横 向拉伸强度 MP a 纵 向断裂伸长率 横向断裂伸长率 测定值 指标值 测定值 指标值 测定值 指标值 测定值 指标值 测定值 指标值 5 4 1) 8 = ：2 瑚 8 丝 狐：2 H 一 1 8 6 1 0 l D 跚 一 ：2 瑚鳓 鲫 铋 ：2 瑚铋鲫 7 4 塑料工业 2 0 l 6年 2 3 最佳薄膜制样条件的验证试验 根据表4中选定的薄膜制备条件，分别以牌号为 2 4 2 6 H、2 4 3 H、2 4 2 0 H的高压 聚乙烯进行 验证 实验 ， 所得的性能结果如表 5所示。 从上述三个牌号的产品的测试结果来看 ，薄膜样 品的性能结果均能达到性能指标的要求 ，证明优选的 薄膜制备条件是可行的。 3 结论 综上所述 ，实验证 明薄膜制备过程 中的熔体温度 和挤出速率对薄膜样 品的物理性能具有较大 的影响 ， 通过本次不 同制备条件下的比对试验 ，确定 了适合高 压聚乙烯产品的优化条件 ，即熔体温度在 1 8 0 c c、螺 杆转速达到 7 0 r mi n可 以使薄膜物理机械性能达 到 性能考核指标的要求 ，对保证产品出厂检验工作的平 稳进行 ，保证质量检验数据的准确性 ，都具有积极 的 意义。 参考文献 1 何曼君，张红东高分子物理 M 第三版上海 ：复 旦大学 出版社 ，2 0 0 7 2 何素芹，朱诚身，莫志深，等拉伸条件对尼龙拉伸强 度的影响 J 高分子 材 料科 学 与工 程，2 0 0 1 ，1 7 ( 5 ) ：1 0 9 1 1 1 3 李德龙，李振宇，刘焱加工工艺对聚乙烯热收缩膜性 能的影响 J 塑料科技 ，2 0 1 2 ，4 0( 2 ) ：6 4 6 6 4 谢亚芬影响吹塑薄膜质量因素的研究 J 四川化工， 2 0 0 5 ，8 ( 6 ) ：3 4 3 7 5 钱汉英农用 塑料产品 M 北京 ：中 国石化 出版 社 1 9 9 8 ( 本 文于 2 0 1 5 1 2 1 5收到) ( 上接第 5 8页) 4T A N G W H，T A N G J ，Y U A N H L ，e t a 1 C r y s t a l l i z a t i o n b e h a v i o r a n d me c h a n i c a l p r o p e r t i e s o f p o l y p r o p y l e n e r a n d o m c o p o l y m e r p o l y e t h y l e n e - o c t e n e )b l e n d s J J A p p l P o l y m S c i ，2 0 1 1 ，1 2 2 ( 1 ) ：4 6 1 4 6 8 5 李美 ，章 自寿，谭韵红 ，等无规共聚聚丙烯中 一 晶的 增韧作用 J 中山大学学报：自然科学版，2 0 1 5 ，5 4 ( 5 ) ：6 2 - 6 8 6 王潇梦，尹晓刚，刘卫等P P - R管材专用料抗低温性 能的研究 J 工程塑料应用，2 0 1 5 ，4 3( 2 ) ：2 0 - 2 5 7 张世鑫，王益龙，何昌平挤出工艺条件对 成核剂改 性 P P R的影响 J 合成树脂及塑料，2 0 1 5 ，3 2( 1 ) ： l一5 8 邹敏，王琪琳，马光强，等热处理对 C a S O 晶须 P P R 树脂复合材料力学性能的影响 J 材料热处理学报， 2 0 0 9 ，3 0 ( 2 ) ：4 9 - 5 2 9 张玲，胡雄伟，盛旭敏，等新型热塑性弹性体增韧聚 丙烯的研究 J 塑料，2 0 0 1 ，3 0( 1 ) ：5 3 5 6 1 0 焦旗 ，田广华，杨坚 ，等聚丙烯结晶性能研究 J 工程塑料应用 ，2 0 1 5 ，4 3 ( 7 ) ：1 0 9 1 1 3 1 1 付一政，安峰，曲静波，等 晶型成核剂增韧改性聚 丙烯及其共混物的力学性能与结晶行为 J 高分子材 料科学与工程 ，2 0 0 6 ，2 2 ( 2 ) ：1 8 5 1 8 8 1 2 G R E I N C，G E R MA I N YI n f l u n e n c e o f 口 n u c l e a t i o n o n t h e me c h a n i c al p r o p e r t i e s o f i s o t a c t i c p o l y p r o p y l e n e a n d r u b b e r m o d i fi e d i s o t a c t i c p o l y p r o p y l e n e