16工程塑料應(yīng)用2000年,第28卷,第1期材斷面尺寸為58mmx2mm,流道的收斂半角有收斂半角的口模進(jìn)行低溫?cái)D出,分別測(cè)試了片材的30° ,45° ,60°三種,見圖1。縱向拉伸強(qiáng)度和橫向拉伸強(qiáng)度,其結(jié)果見表1。管材機(jī)頭:管材擠出機(jī)頭帶有收斂流道,收斂角表1 HDPF和 PP擠出自增強(qiáng)片材試樣的力學(xué)性能30,管材外徑044mm,壁厚2mm,見圖2。HOE SoHDE6098P130流遒收斂半角/(9)|流道收斂半角/(0)| 流遒收斂半角/(°)原始拉神強(qiáng)度!Ma縱向拉伸強(qiáng)度/MPs 232.8.157.636.1250.10.10 |4.520 I 61縱向強(qiáng)度攬高幅度/% 36101 506[289|101 m|37|633 105橫向拉伸強(qiáng)度/APR 36.637.8 | 3.338.629.226.8抄| 5.3| 35.2橫向強(qiáng)度提高幅度/%40.845.439.6 48.5|12.3.3.11 319117。E:)縱向、橫向值相同。圖1片材機(jī)頭圖2管材機(jī)頭從表1看出,自增強(qiáng)片材的縱向、橫向拉伸強(qiáng)度2.1.2溫度、壓力 控制均明顯提高,特別是縱向拉伸強(qiáng)度增加的幅度頗大,擠出機(jī)頭由硅油循環(huán)進(jìn)行分段控溫,由PID比表現(xiàn)出明顯的各向異性。另外還探索出一個(gè)特殊的例調(diào)節(jié)器與可控硅電壓調(diào)節(jié)器將口模溫度控制在工藝窗口,在此條件下可以制得縱向、橫向拉伸強(qiáng)度土1C的精度范圍內(nèi)。機(jī)頭內(nèi)的壓力和溫度由熔體提高幅度基本相等(都在40%以上)的片材。壓力、溫度兩用傳感器(PT131 - 150 MPa - 990306E)2.4微觀結(jié)構(gòu)表征及配套儀表指示。2.4.1結(jié) 晶行為2.2低溫?cái)D出工藝 窗口探索圖3為HDPE原料、自增強(qiáng)試樣的DSC曲線。實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn), HDPE和PP在稍高于熔點(diǎn)(高從圖3可看出,隨著自增強(qiáng)程度提高,其熔點(diǎn)向高溫于熔點(diǎn)約2C)的一個(gè)狹窄的溫度范圍內(nèi)有一可擠方向漂移,從原料的122. 53C提高到自增強(qiáng)試樣的出工藝窗口。在此窗口的兩側(cè)擠出阻力增加,擠出134.79 ,提高了12.26C。說明制品中片晶厚度增變得困難。低于此溫度時(shí),在擠出高壓下物料在收加,經(jīng)計(jì)算達(dá)61nm,比普通試樣提高116%,其結(jié)晶.斂口模內(nèi)迅速大量結(jié)晶,擠出阻力大增,造成擠出中度也從53%提高到75%。斷;當(dāng)擠出口模溫度超過工藝窗口溫度時(shí),擠出阻力37.44;上升,且擠出會(huì)出現(xiàn)不穩(wěn)定現(xiàn)象,口模各點(diǎn)出料速度自增強(qiáng)試樣不均勻,如果溫度超過工藝窗口5C以上則出現(xiàn)彈性噴射現(xiàn)象,擠出物嚴(yán)重扭曲,很容易在牽引時(shí)斷號(hào)18.72|裂。在工藝窗口溫度范圍內(nèi)擠出有以下幾個(gè)特點(diǎn):①沿?cái)嗝娉隽纤俣染鶆?擠出的片材幾乎沒有出模膨脹現(xiàn)象，片材厚度均勻;②制品由于晶粒細(xì)化呈完5777 97溫度/C .全透明狀,與常規(guī)擠出的白色不透明制品有明顯區(qū)別;③擠出壓力較小,一般在50MPa以下,這是由于圖3 HDPE 50的DsC曲線在口模內(nèi)生成了瞬態(tài)中間相一高 壓六方晶相的緣對(duì)PP也有類似結(jié)果,其熔點(diǎn)漂移達(dá)13.9C,結(jié)故,它具有較高的流動(dòng)性,對(duì)物料擠出起到良好的潤(rùn)晶度也有明顯提高,由于晶片增厚,結(jié)晶度提高,致滑作用,不但使擠出壓力降低,而且使口模內(nèi)的熔體使片材的縱向拉伸強(qiáng)度大幅度提高。從粘滯流動(dòng)變?yōu)橹鲃?dòng),不再發(fā)生出模膨脹現(xiàn)象。2.4.2晶 相結(jié)構(gòu)研究表明,擠出自增強(qiáng)片材和自增強(qiáng)管材有相圖4為HDPE6098普通成型試樣和自增強(qiáng)試樣同的工藝窗口。自增強(qiáng)管材為透明狀態(tài),而采用同的WAXD圖譜,其特征參數(shù)見表2。-原料用普通擠出方法生產(chǎn)的管材則為乳白色,兩從表2可看出，自增強(qiáng)試樣與普通成型試樣相者有明顯區(qū)別;自增強(qiáng)片材也有與自增強(qiáng)管材相同比,晶形參數(shù)沒有明顯變化,但按圖譜算出自增強(qiáng)試樣的微縣尼寸比立涌成刑述樣小得多,說明自增強(qiáng)的透明狀態(tài)。2.3自增強(qiáng)片 材的力學(xué)性能后晶中國(guó)煤化工祥具有良好透明對(duì)兩種不同牌號(hào)的HDPE和一種PP采用不同性的YHCNMH強(qiáng)試樣的110晶申開智,等:擠出成型馓晶聚烯烴片材和管材15擠出成型微晶聚烯烴片材和管材*申開智吳世見 向子上胡文江(四川大學(xué)高分子材料科學(xué)與工程系,成都61004)摘要通過熔體形變法在特殊的工藝條件下擠出HDPE和PP片材和管材，產(chǎn)品由常規(guī)擠出的白色不透明狀態(tài)變?yōu)闊o色透明狀。其縱向橫向拉伸強(qiáng)度同步提高,HDPE的縱向拉伸強(qiáng)度提高了10倍,P則提高了6倍以上;HDPE的橫向拉伸強(qiáng)度可提高50%,PP約提高93%。.關(guān)鍵詞高密度聚乙烯 聚丙烯雙向自增強(qiáng) 熔體加工方法 管材片材彈性模量和強(qiáng)度是衡量結(jié)構(gòu)材料力學(xué)性能的主差示掃描量熱(DSC)儀:DSC -7型,美國(guó)Perkip要指標(biāo),金屬和陶瓷已能做到實(shí)際彈性模量和理論- Elmer公司;值接近或相等,但實(shí)際強(qiáng)度和理論值還有相當(dāng)大的廣角X射線衍射(WAXD)儀:D/MAX- IIA型,差距",而聚合物材料的彈性模量或強(qiáng)度都和理論日本理學(xué)公司;值相差甚遠(yuǎn),如聚乙烯的彈性模量只有理論值的掃描電鏡(SEM):X-650,日本日立公司;1% ,其強(qiáng)度只有理論值的0.1%。究其原因,主要掃描電鏡(SEM):X - 630,荷蘭菲利浦公司;是由于聚合物材料內(nèi)部大分子鏈無規(guī)排列所致。若擠出機(jī):SJ-45B,螺桿直徑045mm,長(zhǎng)徑比20,能在加工過程中使大分子有序化,生成特殊的凝聚上海擠出機(jī)廠;態(tài)結(jié)構(gòu),就有可能挖掘出其潛在的力學(xué)性能,此過程牽引機(jī):SJ- DX型,張家港新科機(jī)械廠。被稱為聚合物材料的自增強(qiáng)(23l。這種自增強(qiáng)的方1.3 性能測(cè)試及實(shí)驗(yàn)方法法分為固體形變法和熔體形變法4-1。筆者采用熔(1)力學(xué)性能測(cè)試:嚴(yán)格控制口模溫度在要求的體形變的方法,通過擠出成型研究了高密度聚乙烯工藝窗口內(nèi),將擠出的片材分別沿?cái)D出方向和垂直(HDPE)和聚丙烯(PP)片、管材在特殊工藝條件下沿?cái)D出方向按ASTMD638制取試樣,用萬能材料試驗(yàn)擠出方向和垂直方向的自增強(qiáng)情況,結(jié)果表明在特機(jī)分別測(cè)定其拉伸強(qiáng)度和彈性模量等力學(xué)性能。殊條件下HDPE的縱向拉伸強(qiáng)度最高可增加10~ I3(2)DSC測(cè)試:分別在片材的由表層到芯部的倍,PP最高可增加6倍以上,更有趣的是其縱向、橫0.5 mm處、1 mm處各取5 mg試樣,在N2氣氣氛保向拉伸強(qiáng)度表現(xiàn)出同步增長(zhǎng)的趨勢(shì),HDPE的橫向護(hù)、升溫速率I0C/min下,用DSC儀進(jìn)行測(cè)試。拉伸強(qiáng)度可增長(zhǎng)50%左右,PP的橫向拉伸強(qiáng)度約增(3)WAXD測(cè)試:從片材上截取10 mm x 10 mm長(zhǎng)93%。從制件外觀來看,用普通擠出方法成型的試樣 ,采用多晶x射線銜射儀,在CuKa,石墨彎晶單HDPE或PP片、管材為白色不透明制品,而自增強(qiáng)色器,0.060/s的掃描速率下進(jìn)行測(cè)試。擠出的片、管材因晶粒細(xì)化而接近無色透明狀。(4)SEM觀察:采用SEM對(duì)拉伸試樣斷口形貌1實(shí)驗(yàn)部分進(jìn)行觀察、拍照;并取平行于試樣表面一定距離處的1.1 原料切層面進(jìn)行打磨拋光,以KMnO, - HPO,-H2SO,刻高密度聚乙烯(HDPE) :5000 S,MFR為10.97 g/蝕,進(jìn)行清洗、干燥、噴金,用SEM觀察試樣凝聚態(tài)10min,蘭州石化公司;的微觀結(jié)構(gòu)并拍照。高密度聚乙烯:6098, MFR為0.09 g/10min,齊2結(jié)果與討論魯石化公司; .2.1成型用模具及溫度、壓力控制聚丙烯(PP):1300, MFR為1.1 g/10min,燕山石2.1.1模具化公司。片材機(jī)頭:片材擠出機(jī)頭帶有錐形收斂流道,片1.2 實(shí)驗(yàn)用儀器、設(shè)備中國(guó)煤化工電子萬能材料試驗(yàn)機(jī):AC-10TA,日本島津制*香港:M.HCNMHG作所公司;收稿8期: 99.11申開智。等:擠出成型微品聚烯效片材和管材17150主100著0010....5020/1920/120/09(e)。普通監(jiān)型試樣:b縱則擔(dān)律強(qiáng)度23 MPs的自增強(qiáng)試明Iir隊(duì)向拉伸保度298 MI的自增強(qiáng)試樣I圖4 HPL 6098試樣的WAXD閱謂表2 HIOPE 6098的WAXD測(cè)試結(jié)果緣薄的片晶末端相互交錯(cuò)嚙合,可以認(rèn)為這是典型晶形參數(shù) 普通成型試樣自增強(qiáng)試樣1 自增強(qiáng)試樣目的串晶互鎖結(jié)構(gòu)(拉鏈狀結(jié)構(gòu)),其模型見圖7。正20m24.5924.5824.42因?yàn)榇朔N結(jié)構(gòu)的形成，賦予了試樣極高的縱向拉伸20.m20>.0122.0221.841o54.61168.4276.97強(qiáng)度和相當(dāng)高的橫向拉伸強(qiáng)度。17.76172.37167.74Dme4.114.15D.m3.713.73Fam0.741.261.10Fm0.891.68面和200晶面街射強(qiáng)度比普通試樣大得多,說明自增強(qiáng)試樣的晶相發(fā)生了高度的取向,正是由于分子圖6自增強(qiáng)試樣的申品互鎖結(jié)構(gòu)鏈高度取向并生成了穩(wěn)定的結(jié)晶結(jié)構(gòu)才使縱向拉伸片狀附品強(qiáng)度大幅度提高，2.4.3拉伸斷裂斷口形貌AA從斷口形 貌來看,用普通方法成型的HOPE或PP試樣.其斷口凹凸不平,呈典型的塑性破壞。而脊紙維品自增強(qiáng)試樣的縱向斷口基緊密排列的微纖結(jié)構(gòu),橫向拉伸斷裂的斷口為相互平行排列的片狀結(jié)構(gòu)(見葉圖5),但微纖之間有分叉交錯(cuò)現(xiàn)象,沿拉斷方向有167市晶互鎮(zhèn)結(jié)構(gòu)模 圖微纖從片狀結(jié)構(gòu)中拔出,說明在此方向也有較好的3結(jié)論拉伸強(qiáng)度在特殊的工藝條件下用高密度聚乙烯和聚丙烯擠出成型了58 mmx2 mm的片材，并用高密度聚乙烯擠出了(044mmx2mm的管材,制品的縱向拉伸強(qiáng)度大幅度提高,其中高密度聚乙烯的拉伸強(qiáng)度提高達(dá)10倍,聚內(nèi)烯的拉伸強(qiáng)度提高了6倍以上,而其橫向拉伸強(qiáng)度也同時(shí)提高,但提高幅度只有50%(HDPE)或93%(PP)左右。可以預(yù)料用該方法生產(chǎn)高強(qiáng)度的聚烯烴異型材是有應(yīng)用前景的,參考文獻(xiàn)圖S白增強(qiáng)試樣的橫向拉伸 斷1T 5FM照片1 SinghPN. a al. Elemertury Mrchanin d Solide, lii: Wiley Baiem2.4.4凝聚態(tài)結(jié)構(gòu)圖6為自增強(qiáng)試樣靠近表層放大4萬倍的SEM2 Suter :中國(guó)煤化工照片,芯層的照片也有類似的結(jié)構(gòu)。從圖6可以看3 2vprg.MTHCNMHG8到圓盤狀片晶整齊.平行地沿縱向排列,中間厚、邊4 Kulel haldy.nan50.191.21