热塑性聚烯烃树脂熔体熔融指数与测试温度及荷载的关系研究.pdf

全国中文核心期刊杆理建巍粉将 中国科技核心期刊 热塑吐生聚烯烃榭脂熔体熔融指数与 测试温度及荷载的关系研究 韩忠强 郭子斌 段文锋 田凤兰 北京东方雨虹防水技术股份有限公司 特种功能防水材料国家重点实验室 北京 1 0 1 3 0 9 摘要 采用熔体流动速率仪研究了热塑性聚烯烃树脂熔体熔融指数与测试温度及荷载的变化关系 对比了釜内聚合聚丙烯合 金树脂 P T P O 共混聚丙烯弹性体 聚乙烯以及碳酸钙填充P T P 0 树脂对其影响 并采用最小二乘法对测试结果进行回归分析 结果表明 在相同荷载下 温度每升高1 0 热塑性聚烯烃树脂的熔融指数增大1 2 3 倍 材料的熔融指数与实验载荷之间呈幂函数 和指数函数相耦合的函数关系 关键词 热塑性聚烯烃 熔融指数 防水卷材 熔体流动性 中图分类号 T U 5 7 3文献标识码 A文章编号 1 0 0 1 7 0 2 x 2 0 1 7 0 3 0 1 2 7 一0 4 S t I l d yo ft h em e nn o wil l d e x t e m p e 豫t I l r e l dr e l a t io 璐h ipo ft h e m o p l a s t icp o l y o l e 6 n 础 历 嘲i嘴 G 乃6 溉D 醐 形e 咖昭 m 屁倒帆 S t a t eK e yL a b o m t o r yo fS p e cia lF u n ct io n a lW a t e r p r o o fM a t e r ia l s B e ij in g0 r ie n t a lY u h o n gW a t e r p r 0 0 fT e ch n o l o g yC o L t d B e 玎in g1 0 1 3 0 9 C h in a A b s t m ct R e l a t io n s h ipb e l w e e nt h et e s tt e m p e r a t u r e t e s tl o a da I l dt h em e l tn o win d e x M F L o fP o l y p m p y l e n ea l l o yr e s in P T P 0 w a sin V e s t 培a t e da cco r d in gt ot h em e l tn o win d e xin s t m m e n t C o m p a r e dd if f e 咖te 雎cto nt h ein d e xf r o mp o l y p r o p y l e n ea 1 1 0 y r e s in P 一7 I P 0 P r o p y l e n e b a s e dE l a s t o m e r P P E P o l y e t h y l e n e P T P 0 f il l e dw it hC a C 0 3 M e a n w h il e r e g r e s s io na n a l y s iso nt h et e s t r e s u l t sw a sc枷e do u tb yt h el e a s ts q u a r em e t h o d R e s u l t ss h o wt h a tt h em e l tn o win d e xo ft h e 瑚o p l a s t ic p 0 1 y o l e f inin cr e a s e dt o 1 2 3t ir n e sw it ht h ein cr e a s in g0 f t e l p e r a t u r eb y1 0 u n d e rs a r n el o a d a n dam e l tin d e xh a saco m p l e xf u n ct io no fp o w e rf u n c t io na n de l p o n e n t ia lf u n ct io nw it he x p e r im e n t a lI o a d K e yw O r d s t h e r r n o p l a s t icp 0 1 y o l e 6 n m e l tn o win d e x w a t e r p r o o f in gm a t e r ia l s m e I tn o wp r 叩e r t y 0 引言 热塑性聚烯烃 T P O 防水卷材是近年来迅速发展的一种 新型高分子防水卷材 其卷材树脂层由T P 0 树脂 阻燃剂 填 料 光稳定剂 加工助剂等组成 其中 根据树脂制备工艺不 同 口0 树脂分为釜P 蠊合型T P O 树脂和原位物理共混型 T P O 复合树脂2 种 而后者主要采用聚丙烯树脂 聚烯烃弹性 体及其它树脂复合共混而成旧 熔融指数是度量聚合物熔体在较低剪切速率下流变性质 的一种重要手段 现已广泛应用于衡量同一类型聚合物的分 基金项目 北京市博士后科研工作经费资助项目 2 0 1 4 z z 一4 6 收稿日期 2 0 1 6 0 5 1 9 作者简介 韩忠强 男 1 9 8 0 年生 山东菏泽人 博士 主要从事高分 子防水材料开发 地址 北京市顺义区顺平路沙岭段甲2 号 E m a il h a I l 2 q 鲫h o g co m cn 子质量及其分布 并作为选择加工工艺条件的一个重要参数圈 我国聚丙烯树脂 聚烯烃弹性体的种类和牌号较多 结构不同 的树脂熔融指数 对应的测试条件 温度和荷载 也不 同 如聚丙烯及其弹性体为2 3 0 2 1 6k g 聚乙烯及其弹性 体为1 9 0 2 1 6k g 不同熔融指数树脂复合应用中 熔融指 数差异会对加工稳定性 粉料分散性以及制品质量等产生严 重影响 4 因而由不同测试条件下树脂M 玎快速判断相同温 度下熔体流动性的差异至关重要 周淑梅等 4 研究了分子质 量 分子质量分布与熔融指数的关系 并建立了相应理论方程 王天培等口 采用机理建模方法建立了熔融指数预测量模型 实 现聚合反应过程熔融指数预测控制 本文以T P 0 树脂为研究 对象 探讨了测试温度和压力与树脂熔融指数的关系 并采用 聚丙烯基弹性体树脂 含粉料配方体系进行验证 1 实验 1 1 主要原材料 NE WB U IL D I N GM A T E R I A L S 1 2 7 韩忠强 等 热塑性聚烯烃树脂熔体熔融指数与测试温度及荷载的关系研究 聚丙烯釜内合金树脂 P 一1 1 P 0 树脂 熔融指数0 6 1 0 m in 2 3 0cc 2 1 6k 方 巴塞尔公司 聚丙烯基弹性体树脂 P P E 熔融指数2g 1 0 m in 2 3 0 2 1 6k g D O W 化学 碳酸钙 市 售 1 2 实验设备及仪器 双螺杆挤出机造粒线 南京橡塑机械厂有限公司 熔体流 动速率测试仪 X N R 4 0 0 承德鼎盛试验机检测设备有限公 司 分析天平 M L l 0 4 精度0 0 0 0 1g 梅特勒一托利多 1 3 性能测试方法 按照G B 厂I 3 6 8 2 2 0 0 0 燃塑性塑料熔体质量流动速率和 熔体体积流动速率的测定 将纯树脂或含3 0 碳酸钙粉料 的聚烯烃母粒进行测试 测试温度分别为1 8 0 1 9 0 2 0 0 2 1 0 2 2 0 2 3 0 测试压力荷载分别为2 1 6 3 8 5 0 1 0 0 2 1 6k g 2 结果与讨论 表1 图1 中数据的线性回归系数及相关系数尺 负荷 k g 口 尺 2 1 60 0 0 3 5 8 10 0 2 1 5O 9 8 8 6 3 8 00 0 0 8 8 8 4O 0 2 1 70 9 9 7 6 5 0 00 0 1 6 2 0 90 0 2 1 2O 9 9 7 8 1 0 0 0O 0 6 7 2 0 6O 0 2 1 20 9 9 0 4 2 1 6 00 5 7 4 0 7 2O 0 2 0 60 9 9 2 7 相同荷载下 l 0 1 E x p 够乃 3 脑啪2 0 1 1 E X p 8 砌 4 当温度变化 z f 2 正 1 0 时 熔融指数的变化 等默 E x p 0 B 弘纠 刚 E x p 0 2 1 4 1 2 3 8 2 2 压力对聚丙烯釜内合金树脂熔融指数的影响 为进一步研究熔体熔融指数与荷载的关系 以 n 舰m 2 1 温度对聚丙烯釜内合金树脂熔融指数的影响对h P 作图 见图2 图1 为P 一1 1 P 0 树脂的h 与温度F 的关系 5 4 3 之2 翟 i l 一 0 l 一2 1 8 01 9 02 0 02 1 02 2 02 3 0 温度 图1P 仰0 树脂的L 皿删f Y 一温度r 的关系 由图1 可知 在相同荷载下 随着测试温度升高 材料的 熔融指数增大 呈现假塑性流体 且L n 与温度丁呈线性 变化关系 即 L n 砌 B n 6 1 式中 卜直线的斜率 卜测试温度 6 直线常数 项 式 1 可变换为式 2 删驻d E x p 够D 2 式中 0 l E x p b 为常数 采用最小二乘法对不同荷载下的h l 与温度曲线进 行线性回归分析并计算 求得数据如表1 所示 由表l 可知 不同荷载下拟合曲线计算获得的口值基本 一致 表明P 一1 1 P 0 树脂熔融指数对温度的依赖系数与压力无 关 平均值约为0 0 2 1 4 根据式 3 和式 4 计算得 在相同荷 载下 温度每升高1 0 P T P O 树脂的熔融指数增大为原来 的1 2 3 8 倍 1 2 8 新型建筑材料 2 0 1 7 3 3 O3 54 04 55 O5 5 L n P 图2P 一1 1 P 0 树脂的h l 仃 一h P 的关系 由图2 可见 在相同温度下 随着本载荷增大 熔体的熔 融指数迅速增大 但不再是线性关系 利用最小二乘法对其进 行非线性拟合 发现L n 功与h l P 遵循指数增长函数 变化关系 关系式为 h 1 砌利 E x p 皿 P 0 慨 5 式中 A 0 一常数 通过对不同温度下L n M 啪一h l P 非线性回归分析 拟合出的数值如表2 所示 表2 不同温度下材料的非线性回归系数拟合值 由表2 可见 不同温度下拟合的数值相关系数几乎接近 韩忠强 等 热塑性聚烯烃树脂熔体熔融指数与测试温度及荷载的关系研究 于1 具有较高的可信度 表明二者指数增长关系是值得信任 的 通过对该指数关系式变形 得式 6 M 研 p E x p A l E x p L n P 瑚 6 式中 p E x p 由该变形后的关系式可知 材料的熔融指数与实验载荷 之间呈复杂的幂函数和指数函数相耦合的函数关系 2 3温度和压力对含填料填充聚丙烯釜内合金 树脂熔融指数的影响 见图3 图4 26k o t i k g 0 UK g l g U1 9 UZ U UZ l UZ Z UZ O U 温度 C 图3 碳酸钙填充P T P 0 混合料熔体的 h l 一温度r 的关系 由图3 可知 在P 一7 r P O 树脂中添加碳酸钙填料后 混合 料熔体的M 刀对数与温度r 之间仍呈线性关系 通过线性回 归分析获得的拟合数值可知 见表3 在相同载荷下材料的 熔融指数对温度的依赖系数口接近0 0 2 1 平均值为0 0 2 0 9 9 与纯P T P O 树脂口计算值 0 0 2 1 4 相比 二者较为接近 表 明在相同荷载下 树脂熔融指数对温度的依赖关系与粉料无 表3 图3 中数据的线性回归系数及相关系数R 3 03 54 04 55 O5 5 L n f P 图4 碳酸钙填充P T P 0 混合料的h 一L n P 关系 关 同理 相同荷载下 温度每升高1 0 熔融指数增大为原 来的1 2 3 倍 由图4 可知 添加碳酸钙粉料后 P 一1 1 P O 混合料的熔融 指数对数与载荷对数之间为非线性关系 通过对其非线性回 归分析 具有纯树脂相同的拟合关系式 拟合数值如表4 所 示 在相同温度下 材料的熔融指数与压力之间的关系与原材 料相同 为幂函数和指数函数的复合函数关系 表4 不同温度下材料的非线性回归系数拟合值 2 4 温度和压力对聚丙烯基弹性体树脂P P E 熔融指数的影响 见图5 图6 2 6k o 0Hk 0 Uk g 图5P P E 树脂的L n M 一温度7 1 的关系 由图5 可知 P P E 树脂的熔融指数对数与温度r 成线性 关系 且随着温度升高 材料的熔融指数增大 与聚丙烯釜内 合金树脂P T P O 具有相同的变化趋势 利用最小二乘法对其 线性回归分析 计算的数值见表5 表5 图5 数据的线性回归分析及相关性 由表5 中卢值可知 P P E 树脂在不同载荷下口值相近 平 均值为0 0 2 1 1 6 与纯P 一 I P O 树脂获得的口值相近 根据式 3 式 4 计算 温度每升高1 0 P P E 熔融指数增大为原来 的1 2 3 6 倍 N E WB U lL D l N GM A T E R l A L S 1 2 9 5 4 3 2 l 0 l 言翟一d r I 韩忠强 等 热塑性聚烯烃树脂熔体熔融指数与测试温度及荷载的关系研究 目 口 m m j n 一 图6P P E 树脂h l 一L n P 间的关系 由图6 可知 h 与L I l P 二者呈非线性关系 由 最小二乘法非线性回归分析 见表6 可知h 1 与L n P 具有与P 一 0 树脂相同的拟合关系式 表6 图6 中数据的非线性回归系数拟合值 2 5 温度对聚乙烯熔融指数的影响 文献 6 中给出了不同温度 不同荷载下聚乙烯的熔融指数 测试值 利用该数值绘制L n F D 对温度r 的关系 见图7 1 9 02 0 02 1 02 2 02 3 02 4 0 温度 图7 文献 6 中L I 仃 一温度 关系 由图7 可知 L n 与温度r 仍呈线性关系 尤其是在 荷载小于2 1 6b 情况下 二者线性相关性更高 采用最小二 乘法对图7 中数据进行线性回归分析 拟合的数值见表7 由表7 可知 熔融指数对温度的依赖系数口仍相接近 平 均值为0 0 2 0 2 与P T P 0 P P O E 以及含碳酸钙填料的P T P 0 相接近 再者 根据式 3 式 4 计算 温度每升高1 0 P E 熔融指数增大为原来的1 2 2 4 倍 与P T P O P P E 等基本 一致 表明相同荷载下聚乙烯与聚丙烯熔融指数对温度的依 赖性相同 遵循相同的变化规律 1 3 0 新型建筑材料 2 0 1 7 3 表7 线性回归分析数据 3 结论 1 随温度升高 热塑性聚烯烃的熔融指数增大 呈假塑 性流体特性 2 对于聚丙烯 聚乙烯等热塑性聚烯烃基树脂 在相同 荷载下 其熔融指数与温度成指数关系 且温度每升高