热处理及冷拉聚丙烯膜结晶行为和微观结构控制研究

摘要

硬弹性聚丙烯膜拉伸致孔法是制备聚丙烯微孔膜的基础。流延成型工艺是决定聚丙烯膜是否具有硬弹性的关键点,流延膜结晶度、片晶厚度及取向程度决定其硬弹性性能的优劣。本论文首先研究了几种不同牌号聚丙烯结晶行为对其流延膜硬弹性性能的影响,选择一种最合适的聚丙烯树脂作为研究材料；研究了聚丙烯硬流延膜成型加工工艺,包括挤出速率、牵伸速率、挤出机头及模头温度对聚丙烯流延膜硬弹性性能的影响；进一步研究了高密度聚乙烯(HDPE)、高分子量聚丙烯以及α-成核剂对聚丙烯流延膜硬弹性性能的影响；研究了不同退火热处理时间及温度对流延膜结晶行为和微观结构的影响,以及冷拉伸不同阶段的变化反映了流延膜结晶和微观结构的变化。最终探讨在最优成型工艺及热处理条件下硬弹性聚丙烯膜的冷拉成孔机理,优化冷拉成孔技术。利用红外光谱仪(FT-IR)、扫描电镜(SEM)、差式扫描量热仪(DSC)等现代分析测试技术,分析和表征了聚丙烯流延膜硬弹性性能与结构的相互关系。研究结果表明:
　　 1、聚丙烯树脂的熔融指数、熔流比以及结晶速度对所制备流延膜的硬弹性性能影响显著。熔融指数低、熔流比宽、结晶速度快有助于具有均匀片晶结构高回弹率流延膜的制备。
　　 2、以国产PP4为原材料,研究发现最优成型工艺为:第一区温度170℃,第二区温度190℃,第三区温度200℃,模头温度200℃,流延辊及冷却辊温度80℃,流延机牵伸速率25.0rpm,挤出机挤出速率20.0rpm。
　　 3、添加剂对聚丙烯流延膜硬弹性的影响研究发现,添加5.0 phr高密度聚乙烯具有较好硬弹性性能,未热处理膜相比纯样品弹性回复率提高11.3％,非晶区取向度提高78.6％,添加5.0 phr高分子量聚丙烯具有较好硬弹性性能,相比纯样品,热处理前后流延膜弹性回复率分别提高7.8％和7.4％,非晶区取向度提高近1倍；聚丙烯树脂加入4.0 phrα-成核剂流延膜结晶度从37.65％提高42.31％,相比热处理后纯聚丙烯膜,弹性回复率提高7.6％。性能较差的PP1流延膜可以通过加入HDPE共混后,膜硬弹性性能接近PP4流延膜。
　　 4、退火热处理可以有效的改善聚丙烯流延膜的硬弹性性能,退火热处理可以很大程度提高流延膜片晶厚度及片晶取向,有效地将聚丙烯流延膜的结晶度从39.1％提高到49.0％,弹性回复率从80.3％提高到94.6％,热处理后拉伸曲线屈服点明显降低,片晶厚度的增加,有利于流延膜硬弹性性能的提高。退火热处理条件的研究发现,聚丙烯流延膜的最合适退火热处理条件是在145℃下热处理30min。
　　 5、探讨了硬弹性膜的冷拉过程成孔机理以及拉伸速率对微孔的影响。热处理使Tie链在片晶表面形成亚稳相,亚稳相在冷拉时消失形成横跨片晶间类似“微纤”的桥梁。拉伸速率大成孔的孔径大但孔的数量较少,且孔分布不均；拉伸速率较小时,微孔的分布较均匀且数量较多,所以,为了得到孔径较均匀且较多数量微孔的微孔膜,冷拉伸速率不宜过快。