新型聚烯烃弹性体高速挤出流场中的异常流变性质

摘要

本课题为国家自然科学基金资助项目，研究焦点主要集中在探求聚合物熔体(主要为聚烯烃熔体)高速挤出时发生的极其复杂的不稳定流动现象的规律、机理和改善措施。实验采用恒速型双筒毛细管流变仪等仪器，研究对象为由限定几何构型催化剂和INSITETM工艺开发的新型聚烯烃弹性体POEEngage、三元乙丙橡胶(EPDMNordelIP)、茂金属催化合成的分子量双峰分布聚乙烯(SP2520)以及线型低密度聚乙烯(LLDPE)。 研究结果表明，高速流场中随挤出速率提高，具有线型分子结构的POEEngage、EPDMNordelIP、SP2520的挤出物外观都经历了从表面有规畸变到整体无规畸变的变化过程。有规畸变表现为鲨鱼皮畸变、螺纹状畸变、挤出压力振荡和黏-滑畸变；无规畸变为挤出物整体扭曲和熔体破裂。不同熔体的挤出特性不同，其中POEEngage的流变性主要与材料中辛烯含量有关；EPDMNordelIP的流变性与其分子量和分子量分布有关；分子量双峰分布有效地改善SP2520挤出性能；LLDPE挤出物外观在黏-滑转变后出现明显的第二光滑挤出区。 比较了两种POEEngage的挤出性能。其中Engage8150的黏-切敏感性较大，而Engage8003的黏-温敏感性较大且挤出外观好于Engage8150。黏-温和黏-切敏感性的差别与分子结构有关，Engage8003的辛烯含量低，结晶度高，塑料特性更明显；相对而言Engage8150的结晶度低，分子量较大，弹性体行为更加显著。同样比较了两种EPDM:NordelIP3722P与NordelIP3745P。前者的黏-温依赖性较大且挤出物外观明显好于后者，挤出胀大比和入口压力降也较小。而后者的黏-切依赖性较大，在高速挤出时发生挤出压力振荡现象。出现压力振荡与其分子量大和分子量分布窄，分子链缠结密度高有关。振荡时管壁处临界剪切应力约0.42MPa，振幅约1～3MPa。振荡时对应的流动曲线出现断裂，断裂前后曲线斜率发生突变，表明振荡前后熔体在毛细管内的流动机理不同。 实验验证了线型高分子在较低剪切速率下出现的有规鲨鱼皮和螺纹状畸变的空间起源位于口模出口处，而挤出压力振荡则是由于熔体在口模壁边界条件发生整体“时黏-时滑”引起，并由此引起流动曲线发生断裂。较高剪切速率下发生的无规破裂现象很大程度上起源于口模入口区的剧烈扰动，同时熔体与管壁之间发生整体滑移也可能是原因之一。 在根据扰动性质改善挤出质量的尝试中发现，可以通过控制温度场来提高稳定挤出速率；减小口模长径比可以有效改善线型高分子的表面有规畸变现象；将少量LDPE混入EPDMNordelIP3745P中，毛细管压力振荡现象得到明显改善；少量加工助剂-含氟弹性体加入到NordelIP3745P中，熔体挤出压力下降达8MPa。足量的含氟弹性体可以消除螺纹状畸变，并使挤出压力振荡，无规破裂等不稳定流动现象的临界挤出速率提高250～300s-1，扩大了加工范围，降低了能源消耗。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：符号说明

声明

第一章文献综述

1.1引言

1.2不稳定流动的综述

1.2.1鲨鱼皮现象及其形成机理

1.2.2黏滑转变与压力振荡

1.2.3流动分裂(挤出分裂)现象

1.2.4整体破裂

1.2.5强壁滑现象

1.3影响熔体挤出破裂行为的因素

1.3.1口模形状、尺寸的影响

1.3.2挤出工艺条件的影响

1.3.3挤出物料性质的影响

1.4改善熔体破裂的方法

1.4.1加工共混法

1.4.2添加加工助剂法

1.4.3通过有机涂层改变口模表面状况

1.4.4改变口模的材质

1.4.5改变口模的长径比和入口角

1.4.6其它方法

1.5限定几何构型催化剂技术和INSTIETM工艺

1.5.1限定几何构型催化剂技术(CGCT)

1.5.2 INSITETM工艺简介

1.6 POE Engage与EPDM Nordel IP的性能特点及应用

1.6.1 POE Engage的结构性能特点

1.6.2 EPDM Nordel IP的结构性能特点

1.6.3 POE、EPDM的应用

1.7双峰聚乙烯的结构性能特点

1.8课题的提出与意义

第二章实验内容

2.1原材料

2.2主要原材料的物理参数

2.3所用仪器及工作原理

2.3.1仪器及生产厂家

2.3.2 RH2000恒速型双毛细管流变仪构造及特点

2.4实验内容

2.4.1熔体高速挤出流变性能测试的试样制备及实验条件

2.4.2动态流变性能测试试样的制备及实验条件

2.4.3共混试样的制备及实验测试方法

2.4.4含氟弹性体与EPDM Nordel口复合体系的制备及实验条件

第三章POE Engage熔体的黏弹性和高速挤出特性

3.1关于POE Engage熔体DSC曲线的讨论

3.2关于POE Engage熔体黏度的讨论

3.2.1熔体的黏-温敏感性

3.2.2熔体的黏-切敏感性

3.3关于POE Engage熔体弹性的讨论

3.4关于POE Engage熔体流动稳定性的讨论

3.5关于POE Engage流动曲线的讨论

3.6关于POE Engage熔体挤出物外观的讨论

3.7关于POE Engage动态黏弹性的讨论

3.8本章小结

第四章EPDM Nordel IP熔体的黏弹性和高速挤出特性

4.1关于EPDM Nordel口熔体DSC曲线的讨论

4.2关于EPDM Norde IP 熔体黏度的讨论

4.2.1熔体的黏-温敏感性

4.2.2熔体的黏-切敏感性

4.3关于EPDM Nordel口熔体弹性的讨论

4.4关于EPDM Nordel IP熔体流动稳定性的讨论

4.5关于EPDM Nordel IP熔体流动曲线的讨论

4.6关于EPDM Nordel IP熔体挤出物外观的讨论

4.7关于EPDM Nordel IP动态黏弹性的讨论

4.8本章小结

第五章SP2520和LLDPE的高速流变性能

5.1关于SP2520熔体挤出稳定性的讨论

5.2 SP2520熔体的挤出物表观分析

5.3 SP2520和LLDPE熔体的DSC曲线

5.4 SP2520和LLDPE熔体黏度的对比

5.5 SP2520和LLDPE熔体弹性的对比

5.6关于LLDPE挤出压力振荡现象的讨论

5.7 SP2520与UDPE熔体挤出表观的比较

5.8本章小结

第六章聚合物熔体挤出过程中流动扰动源的探讨

6.1聚合物熔体在较低剪切速率下的有规挤出物畸变

6.1.1鲨鱼皮和螺纹状畸变的表现

6.1.2口模出口处的不稳定扰动分析

6.2聚合物熔体在较高剪切速率下的有规挤出物畸变

6.2.1黏-滑畸变与挤出压力振荡现象的表现

6.2.2口模壁处的不稳定扰动分析

6.3聚合物熔体在更高剪切速率下的无规畸变

6.3.1熔体整体破裂现象的表现

6.3.2熔体整体破裂的不稳定扰动分析

6.4本章小结

第七章改善聚合物高速挤出不稳定流动的措施

7.1通过控制温度场提高稳定挤出速率

7.1.1挤出温度对鲨鱼皮畸变的影响

7.1.2挤出温度对压力振荡现象的影响

7.2通过改变口模长径比改善挤出稳定性

7.2.1口模长径比对鲨鱼皮畸变的影响

7.2.2口模长径比对挤出压力振荡的影响

7.3通过共混改善不稳定流动现象

7.4加入聚合物加工助剂改善不稳定流动现象

7.4.1挤出物表面状态与挤出时间的关系

7.4.2含氟弹性体对剪切黏度的影响

7.4.3含氟弹性体对熔体弹性的影响

7.4.4含氟弹性体对挤出物外观的影响

7.4.5含氟弹性体对挤出压力的影响

7.5本章小结

结论

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表的论文