制样温度对聚丙烯力学性能的影响.doc

制样温度对聚丙烯力学性能的影响 马兰萍制样温度对聚丙烯力学性能的影响摘 要 针对聚丙烯产品出现的力学性能达不到优等品技术要求的问题,在查找原因过程中发现：注塑机温度波动、模具温控箱跳闸引起的模具温度变化都会造成产品的力学性能的规律性变化,通过对比试验，发现仪器注塑温度高时测得的试样拉伸屈服强度、悬臂梁冲击强度、挠曲模量均会比实际值低。而模具温度达不到60时制样，测得的试样拉伸屈服强度、挠曲模量均会比实际值低，悬臂梁冲击强度会比实际值高。关键词 注塑温度 模具温度 结晶度 拉伸屈服强度 悬臂梁冲击强度 挠曲模量 1 引言我厂聚丙烯装置生产的产品，近来出现产品力学性能达不到优等品技术要求的现象，针对这一问题我们着重从制备过程查找原因，发现仪器注塑温度有时会超温，模具温控箱有不定时跳闸现象。影响塑料试验结果的因素很多，有它内在的原因（如塑料本身的分子量大小、分布结构及取向程度，内部缺陷等），也有它外在的原因（如制备过程、放置过程、测试过程等）。注塑制品的质量包括两方面的内容，即内部质量（性质质量）和外部质量（表观质量），内部质量是指与聚合物结构形态有关的结晶、取向、变形、翘曲及内应力分布，与力学性质有关的拉伸、弯曲、冲击和变形等，总之，制品的内部质量将直接影响到制品使用性能，影响制品的使用范围和应用领域，欲提高制品使用性能，除在高分子的材料领域里综合一些新材料外，必须在加工过程中注意研究高分子的结构形态并加以解决。2 实验部分2.1仪器2.1.1单螺杆式注塑机: METAL FLUID公司MF100型2.1.2万能试验机: INSTRON公司4465型2.1.3悬臂梁冲击试验机: CEAST公司RISIL-50型2.1.4切口机: CEAST公司6828-000型2.1.5恒温恒湿箱:上海爱斯佩克公司LHU-213型2.1.6电子数显千分尺:上海量具刃具厂2.2样品2.2.1拉伸屈服强度测试样条：聚丙烯颗粒样品按MA17225方法注塑制得。样条尺寸为：长216mm；宽12.70.5mm；厚3.2mm2.2.2悬臂梁冲击强度测试样条：聚丙烯颗粒样品按MA17225方法注塑制得的符合ASTM D 638中型拉伸样条的中间狭长部分截取，用切口机冲缺口。样条尺寸为：长60.363.5mm；宽12.70.15mm；厚3.20.1mm；缺口处剩余厚度10.160.05mm2.2.3挠曲模量测试样条：同2.2.2，不用切口机冲缺口；2.3试验方法2.3.1拉伸屈服强度：按MA17086进行测试2.3.2悬臂梁冲击强度：按MA17027进行测试2.3.3挠曲模量：按MA17074进行测试3 结果讨论3.1注塑温度对性能的影响3.1.1采用牌号为EPT30R的聚丙烯共聚产品，其熔融指数为3.5g/10min，根据方法MA17225中规定，将仪器注塑温度设定在210，进行注塑制样，样条在恒温恒湿箱中放置24小时后，在温度232、相对湿度505%的环境下进行测试，结果见表1：表1：设定温度为210时制样的性能结果123456平均值SDCV %技术要求优等品拉伸屈服强度MPa25.525.725.625.525.525.625.60.090.3524IZOD 23 J/m148.6146.7149.8129.8139.8/142.98.35.8150挠曲模量MPa1101105310871050109910801078222.1950由表1数据看出，该样品的拉伸屈服强度与挠曲模量均能达到优等品的技术要求，而悬臂梁冲击强度（IZOD）达不到优等品的技术要求，为此，我们用温度计对注塑机熔体温度进行测定，发现熔体温度为230，比方法中规定的210高了20，说明熔体温度比设定温度高。通过查找仪器设定温度与熔体温度的差异规律，发现熔体温度总是比设定温度高20。3.1.2采用与3.1.1相同的聚丙烯共聚产品，将仪器注塑温度设定在190进行注塑制样，此时测得熔体温度为210，样条在3.1.1相同的环境条件下进行测试，结果见表2：表2：设定温度为190时制样的性能结果123456XSDCV %技术要求优等品拉伸屈服强度MPa26.226.126.226.226.126.126.20.080.3124IZOD 23 J/m183.1164.9175.2183.1176.8/176.67.54.2150挠曲模量MPa1191117111581150120811751176211.8950从表2看出，将仪器注塑温度设定在190，即熔体温度为210时，样品的各项性能均达到优等品技术要求，说明仪器设定温度对产品测试数据有影响。3.1.3为了证实注塑温度对样品力学性能的影响趋势,将仪器温度设定在170，进行注塑制样，此时测得熔体温度为190，样条在3.1.1相同的环境条件下进行测试，结果见表3：表3：设定温度为170时制样的性能结果123456XSDCV %技术要求优等品拉伸屈服强度MPa26.226.126.326.326.426.326.30.110.4224IZOD 23 J/m221.6217.9210.1213.2212.5/215.04.62.1150挠曲模量MPa1212130812201218120412011227403.3950从表3看出，将仪器注塑温度设定在170，即熔体温度为190时，样品的各项性能均达到优等品技术要求。 3.1.4对三种不同注塑温度下制得样品的性能数据进行比较，见表4：表4：对比三种不同注塑温度下样品的性能值设定170设定190设定210平均值SDCV %技术要求（优等品）拉伸屈服强度MPa26.326.225.626.00.381.524IZOD 23 J/m215.0176.6142.9178.23620150挠曲模量MPa1227117610781160766.69503.1.5注塑温度对拉伸屈服强度的影响：根据表4数据制得图1： 由图1看出：随着注塑温度的升高，产品的拉伸屈服强度降低。从表1、表2及表3看出，在注塑机设定温度为210、190、170时，拉伸屈服强度测得值的变动系数CV分别为0.35%、0.31%、0.42%，在设定温度为190时的变动系数最小。从表4看出，三个不同注塑温度下的拉伸屈服强度测试值的变动系数CV为1.5%，说明仪器注塑温度升高或降低都会使测定结果更分散，准确度降低。拉伸屈服强度随注塑温度的升高而降低是因为注塑温度与结晶度有关。温度每相差1，则结晶速度可相差很多倍，当聚合物熔体温度高于熔融温度时，大分子链的热运动显著增加，当大于分子的内聚力时，分子就难以形成有序排列而不易结晶，结晶度降低，则拉伸屈服强度就降低。3.1.6注塑温度对悬臂梁冲击强度（IZOD）的影响： 根据表4数据制得图2： 由图2看出：随着注塑温度的升高，产品的悬臂梁冲击强度降低。从表1、表2及表3看出，在注塑机设定温度为210、190、170时，悬臂梁冲击强度的变动系数CV分别为5.8%、4.2%、2.1%，说明注塑温度越高，制得样品的悬臂梁冲击强度测试数据的分散性越大，精密度就越差。从表4看出，三个不同注塑温度下的悬臂梁冲击强度的测试值的变动系数CV为20%，说明仪器注塑温度的不同对悬臂梁冲击强度的影响非常大，准确度降低的程度影响到产品质量的等级判定。这是因为熔体温度升高使解取向作用增加。注塑温度的升高使物料温度升高，而物料温度的升高会使取向效应降低，同时熔体温度升高时粘度会降低，在一定恒应力作用下，高弹性形变和粘性形变都要增加，但前者增加有限，而后者要迅速地增长。从此角度看有利于聚合物的取向效应，但与此同时大分子布朗运动却加剧，使大分子的松弛时间缩短，使解取向作用加强，造成样条的悬臂梁冲击强度降低。3.1.7注塑温度对挠曲模量的影响：根据表4数据制得图3：由图3看出：随着注塑温度的升高，产品的挠曲模量降低。从表1、表2及表3看出，在注塑机设定温度为210、190、170时，挠曲模量测得值的变动系数CV分别为2.1%、1.8%、3.3%，说明设定注塑温度190时的变动系数最小。由表4看出，三个不同注塑温度下的挠曲模量测试值的变动系数CV为6.6%，说明仪器注塑温度升高或降低都会使测定结果分散加剧。挠曲模量值随温度的升高而降低，这是因为挠曲模量和注塑温度有关。试样在弯曲负荷作用下，由于上半部分受压，下半部分受拉，因此，挠曲模量与温度的关系和拉伸强度一样具有同样的影响，即材料的挠曲模量随温度的增加而下降。3.2模具温度对聚丙烯力学性能的影响3.2.1采用牌号为EPC30R的聚丙烯共聚产品，其熔融指数为 8.9 g/10min，根据方法MA17225中规定，熔体温度190，模具温度为60,进行注塑制样，样条在3.1.1相同的环境条件下进行测试，结果见表5：表5：模具温度为60时制样的性能结果123456平均值SDCV %技术要求优等品拉伸屈服强度MPa26.126.126.026.126.225.726.00.180.6925IZOD 23 J/m86.986.981.378.275.4/81.75.26.490挠曲模量MPa1133112011201100108711441117211.911003.2.2在实际工作中，我们发现模具温控箱的继电器经常不定时跳闸，使模具温度降为室温23,为此考虑在注塑温度不变，模具温度为室温的情况下，采用与3.2.1相同的聚丙烯共聚产品注塑制样, 样条在3.1.1相同的环境条件下进行测试，进行对比实验。结果见表6：表6：模具温度为23时制样的性能结果123456平均值SDCV %技术要求优等品拉伸屈服强度MPa25.125.025.225.024.925.125.00.120.4725IZOD 23 J/m100.3104.6103.7100.3102.8/102.32.02.090挠曲模量MPa1063103911241069104910421064323.01100根据模具温度的变化引起的产品力学性能的变化值进行对比，见表7：表7: 模具温度对力学性能结果的影响模具温度60模具温度23差值技术要求优等品技术要求一等品技术要求合格品拉伸屈服强度 MPa26.025.01.0252524IZOD 23 J/m81.7102.3-20.6908373挠曲模量 MPa11171064531100110010503.2.3模具温度对产品拉伸性能的影响：从表7数据看出，模具温度降低，拉伸屈服强度降低1.0 MPa，而且测得值卡边。这是因为聚合物的冷却速度决定晶核存在或生长的条件，注塑时，冷却速度决定于熔体温度和模具温度之差，称过冷度，模具温度低，则过冷度大，冷却速度就高，结晶时间缩短，结晶度低，则制品密度会减小，则拉伸屈服强度就低。3.2.4模具温度对悬臂梁冲击强度的影响从表7数据看出，模具温度降低，悬臂梁冲击强度增大20.6 J/m，其值波动的程度会使产品出现等级误判。这是由于在模具温度高时，冷却速度降低，结晶度增加,所以冲击强度减弱；反之，当降低模具温度会增加冷却速度，降低结晶度,则冲击强度得到改善。3.2.5模具温度对挠曲模量的影响从表7数据看出，模具温度降低，挠曲模量降低53 MPa，其值降低的程度使产品达不到优等品的技术要求，会出现产品等级的误判，直接影响经济效益。因为挠曲模量和拉伸性能与温度的关系一样，模具温度低，则过冷度大，冷却速度就高，结晶时间缩短，结晶度低，则制品密度会减小，则挠曲模量就降低。4 结论4.1注塑温度是样品制备的关键因素，注塑温度偏高，会使样品的拉伸屈服强度、