HDPE／LDPE共混物熔体挤出流动特性的研究

现代塑料加工应用　２２·　Ｍｏｄｅｒｎ　Ｐ　髑Ｐｒｏｃｍ￣ｎｇ　ａｎｄ　Ａｐｐ１　ａ皿　１９９４年第６卷第ｌ期　Ｈ　ＤＰＥ／ＬＤＰＥ共混物熔体挤出流动特性的研究　（华南理工大学化工机械系工大学　广州，，５１０６４１　　）。　０　，　考察了毛细甘挤出过程中ＨＤＰＥＩ￣ＤＰＥ共混物熔体的漉动特性瑟其髟响因誊．研究结果表明：在一定的温度和　表观剪切遘宰　下，试样熔体的表观剪切桔度　．明卜Ⅱ）ＰＥ质量百分数　的增加而下降，且　．对　的敏感性随　的增加而减弱；试样的剪切漉动行为大体上服占Ｌ暮律，而　．对沮度的依赖性符合Ａ，Ｔｈｃｃｄｍ方程．　关链谓：聚乙烯共混熔体桔性　聚乙烯（ＰＥ）是最重要的通用塑料之一，产　料．一种为美国Ｅｘｘｏｎ化工公司生产的低密度　量居各种塑料之首．在各种密度的ＰＥ中，　聚乙烯．牌号为Ｅｓｃｏｒｅｎｅ　ＬＤ１６０ＡＳ。另一种为　高密度聚乙烯（ＨＤＰＥ）和低密度聚乙烯　韩国Ｄａｅｌｉｎ工业公司生产的高密度聚乙烯．牌　（ＬＤＰＥ）的应用最为广泛。为获得更好的综合　号为ＨＭＮ一５５１８０。两种聚乙烯均为白色粒　性能，近年来，人们通常根据产品使用及工艺　料，其部分物性列于表１。　要求按一定比例将两者共混。　在聚合物材料加工成型过程中，熔体的流　裹１　试祥材料的部分物性　变行为起若钕其重要的作用，它关系到工艺过　程控制与参数的选择，关系到成型加工设备及　模具的设计与优化　已有一些文献　讨论过　ＨＤＰＥ／ＬＤＰＥ共混物熔体拉伸和剪切流动中的　用小型单螺杆挤出机将上述聚乙烯进行共　牯弹性行为及其在挤出管材中的应用。作者　混．挤出后切粒，其混合比（质量百分比，下同）　曾分析讨论了几种ＨＤＰＥ／ＬＤＰＥ熔体挤出流　分别为ｏ／ｉｏｏ、２０／８０、５０／５０、８０／２０及ｌｏｏ／ｏ。螺　动中的流变行为及其影响因素。本文将着重考　杆及７１型的基本参数和共混操作条件列于　察两种ＭＩ相差较大的Ｉ－ＬＤＰＥ和ＬＤＰＥ共混物　表２。　于毛细管挤出过程中熔体的流动特性。　１　２仪器及方法　１　实验　主要实验仪器是意大利Ｃｅａｓｔ公司制造的　１　１　试样材料及制备　Ｒｈｅｏｖｉｓ　２　１００恒速率型毛细管流变仪　选用一组　直径ｌｍｍ．长径比（Ｌ，Ｄ）分别为１Ｏ、２Ｏ、３Ｏ及４ｏ　本实验采用两种ＰＥ作为试样的制各材　的毛细管７１型，入口角均为１８０。　裹２基本参数及共混条件　收瞢日期：１９９３　１０】３．　维普资讯 http://www.cqvip.com

９９４年第６卷第１期　现代塑料加工应用　·２３·　试验温度为１８０～２００℃，柱塞速度　为２～１０ｍｍ／ｍｉｎ，相应的表观剪切速率　２．２流动特性　若假定熔体于口型内流动为稳定简单剪切　为２５～１２１ｓ～。在挤出操作条件下考察试样　的熔体流动特性，以及混合比对试样流动行为　流动，则壁面处的剪切应力　可由下式表示：　的影响。　２结果与讨论　２１　＾口压力损失　聚合物流体在口型挤出过程中消耗相当多　的能量，表现为有明显的压力降。一般认为．总　的压力损失ＡＰ包含入口压力损失△　、口型　压力损失△尸ｄ和出口压力损失△尸．　，即　’　ＡＰ＝△　＋△　＋△　＝△尸田ｄ＋△尸ｄ　（１）　式中：△　称为柬端压力损失。对大多数聚　合物浦体．△尸ｄ通常远小于△Ｐ　，故可把△　近似等于△　．已提出过众多估算或预　测△Ｐ田的经验或半经验公式和方法　。本试验采　用Ｂａ￣ｅｙ作图法　来大致确定试样于实验条件　下的△尸岜．　图ｌ展示了试样在实验条件下△Ｐ与Ｌ／Ｄ　的关系。由图中可见，△Ｐ与Ｌ／Ｄ之间基本上　成线性关系，其纵坐标上的截距可视为△　。　当共混物中ＬＤＰＥ的含量低于５Ｏ％时．试样的　入口压力损失趋于某一定值：反之，则△尸棚随　ＬＤＰＥ含量的增加而增大　Ｂ　５　譬　‘３　ｑ　２　１　围１　与ＬｉＤ的羌系　Ｏ　ｌ∞℃．ｋ　１００　８　ｓ　１　３的ＨＤＰＥ，ＬＤＰＥ分别为２０／Ｓ０．５０，５０及８０／２Ｏ，　等　（２）　根据前述及式（１）．上式可改写为　＝　———　一　（【３）ｊＪ　对于牛顿型流体，壁面处表观剪切速率｝．　可由下式定义：　３２０　式中：Ｑ为体积流率．　从图ｌ中可看出，试样的入口压力损失相　对较小。若取Ｌ／Ｄ＝３０的试验数据，则△　远　小于△只故可不作入口校正。试样于１８０℃　时的流动曲线示于图２。在相同的挤出条件　下，ＨＤＰＥ／ＬＤＰＥ共混物熔体的非牛顿性随着　ＬＤＰＥ含量的增加而增强，表现为流动曲线扶　近乎线性变为向上弯均．曲线的任意点处斜率　随着｝＿的增加而碱小．即流动行为指数ｎ逐渐　减小。　围２试样的粘度曲线　“　１８ｏ℃，／．／ｏ－３０）　１＾一３的ＦＩＤＰＥ！ＬＤＰＥ分别为驯吕仉　５０厦附加．　试样于１８０℃时的粘度曲线如图３所示。　从图中可见．Ｉｏｇｑ，～ｌｏｇ￣，关系曲线近似呈线　维普资讯 http://www.cqvip.com

２４·　现代塑料加工应用　１９９４年第６卷第ｌ期　线性关系。这意味着，试样熔体的剪切流动大　体上服从幂律，即　量数据来自Ｌ　＝３０的口型，未经入口校正：曲　线２的实验测量数据来自Ｌ　＝２０的口型，已　作入口校正。　＝ｋ　（５）　或　仉＝ｋ　（６）　式中：叮．为表观剪切粘度，可由下式定义：　仉＝　／ｉ．　（７）　从图３中还可看出，当混合比低于５ｏ／５ｏ　时，共混物溶体的叮－随着ＬＤＰＥ含量百分散的　增加而明显提高，啦线的斜率与Ｉ－ＩＤＰＥ粘度曲　线相近；当混台比大于５０／５０后，叮－同样随着　ＬＤＰＥ含量的增加而增大，但增加幅度相对较　小，且曲线斜率接近于ＬＤＰＥ粘度曲线。比较而　言，ＬＤＰＥ熔体的叮ｌ对五的敏感性高于Ｉ－ＩＤＰＥ．　ｉ。　。　图３试样的粘度曲线　（Ｉ＝１８ｏ℃．ＬＩＤ＝３０）　Ｉ～５的￣ＰＥ／ＬＤＰＥ分别为０／１００．２０／８０．驯Ｓ０．８Ｏ／２Ｏ及１００／０　２　３　叮Ｉ对混合比和温度的依赖性　混合比对试样熔体叮．的影响如图４所示。　在一定的　下，叮＿随着ＨＤＰＥ含量　的增　加而下降，且ｉ－越低，叮－随　增加而下　降的幅度越大，即叮ｊ一　关系啦线越陡；　当　＜５０％时，叮．随　增加而下降的速度相　对缓慢，尤其是在较高的’．下更为明显。　试样熔体于不同的　下叮．对温度的依赖　性如图５所示。从图中可见，尽管　．不同，但　Ｉ　ｎ，｝．与１／　Ｔ为绝对温度）之间的啦线呈线性　关系，且斜率较为接近。其中，曲线ｌ的实验测　图４混合比对‰的影响　“＝１８０℃．Ｌ／Ｏ＝３Ｏ）　１—３的　）分别为４ｏ．８、８１　Ｉ．１２ｌ＿　Ｔ　／ｌ０。Ｋ　图５　对温度的依赫性　（混台比＝纠∞）　１．２的；Ｉ（Ｂ　）分别为柏８、８０　９　图５所示的结果表明了试样熔体的表观剪　切粘度对温度的依赖关系符合Ａｒｒｈ￣ｉｍ方　程：　叮－＝Ａ　Ｅ√Ｒ丁）　（８）　式中：Ａ是与材料粘性有关的常数。Ｅ．是粘流　活化能（ｋＪ／ｏｔｏ１），Ｒ是气体常数，丁是热力学温　度（Ｋ）。　维普资讯 http://www.cqvip.com

１９９４年第６卷鲔１期　现代塑料加工应用　２５·　２４讨论　分散相。由于后者的粘性低于前者．其熔体傲　团（液浦）于入口处受到拉伸．进入流道后（应　力松弛区）会发生回弹或破碎成更小的液浦，　将两种密度和熔体指数不同的聚乙烯材料进　行共混．可明显改善ＬＤＰＥ的流动性。由图３　可见，在相同的挤出条件下．共混物熔体的叩．　随着Ｉ－ＩＤＰＥ含量的增加而降低．且下降的幅度　与混合比成某种比例关系．这表明，试样的双　组分体系是接近均相的．共混物熔体的叩．与组　均匀地分散于充分发展流动区［１ｑ．若　很　少．则这些徽团起着某种润滑作用。使得共混　物熔体的叩．有较大幅度下降：随着　的增　加．徽团亦随之增多，使流体相邻层之间的阻　力有所增加。导致叩．随　的变化相对较小（见　分质量分数　之间的关系大致可由下式描述：　）　式中：　、　。　分别为ＣＤＰＥ和Ｉ－ＩＤＰＥ熔体的表　观剪切粘度．　和风分别代表ＬＤＰＥ和Ｉ－ＩＤＰＥ　的质量百分数。表３列示了挤出条件下试样熔　体叩．的铡量值与方程（９）计算值的比较　裹３试样的采观剪切粘度（ｃ＝１８３ｔ，Ｌ／Ｄ＝３。）　Ｐａｏｓ　从表３中可以看出，当混合比ＬＤＰＥ［ＨＤＰＥ　为８０／２０时．试样熔体叩．的实验值与公式（９）的　计算值相当接近；随着ＨＤＰＥ含量的增加．两者　之间的差异增大。但相对误差均小于ｌ０％　这　意味着试样的粘性与组分粘性之间的关系大体　上符合　混合法则　。此外。当Ｉ－ＩＤＰＥ含量大于　５ｏ％后，叩Ｉ的计算值均小于实验值３０～　４ｏＰａ·ｓ。这意味着可采用如下的修正式：　叩．＝玑Ｌ凡＋　州卢　＋筇　（１０）　式中：　称为作用因子，可正可负。反映混合物　粘性与混合法则的偏差，由表３中可见．当　＜５０％时，　很小且为负值；当　≥５０％　时，　ｍ６０。　当　＜５０％时，ＬＤＰＥ是连续相．Ｉ－ＩＤＰＥ为　图４）。　当　＞５０％时，ＬＤＰＥ是分散相．Ｉ－ＩＤＰＥ是　连续相，由于前者的粘性高于后者．其熔体微　团（液滴）于入口处受到拉抻．进入流道后迅速　恢复，并于充分发展流动区内形成自由分布的　纤维状的连续薄层＿　ｌ，这些薄层平行于流动方　向，对相邻流层产生牵扯作用．使得熔体粘性　随　的增加而下降的幅度不大，尤其是在　较高的场合。当风进一步增加时（即ＬＤＰＥ的　含量进一步减小），如　＞８０％．上述薄层　稀少，不足　影响共混物熔体粘性。（参见　图４）。　３　结论　ａ，在本实验条件下。试样熔体的　随着　Ｉ－ＩＤＰＥ的质量百分数　的增加而下降．且　对｝．的敏感性亦随着　的增加而减弱。　ｂ．试样的剪切流动大体上服从幂律．而＂．　对温度的关系可由Ａｒｒｈｅｎｉｕｓ方程描述。　ａ试样的粘性与ＬＤＰＥ和ＨＩ）ＰＥ熔体粘　性的关系基本上符合混合法则，这表明试样的　双组分体系是接近均相的。进一步分析发现。　试样熔体的　与两组分熔体粘度及质量百分　数的关系可用公式（１　ｏ】表述。　总而言之．影响聚合物共混物熔体粘性的　因素是复杂的．共混物熔体粘性与各组分粘性　的关系及其变化机理还有待进一步探讨。　致谢：本工作得到香港大学Ｄｒ　Ｊ　Ｎ　Ｎｅｓｓ和Ｄｒ　Ａ　Ｃ　ＹＷａｎｇ的帮助．谨表谢忱．　维普资讯 http://www.cqvip.com

·２６·　现代塑料加工应用　１９Ｍ．年第６卷第１期　１９８５；（５）：１８３　参考文献　１　ＰｌⅨｈｏｃｋｉ　Ａ　Ｐ　Ｐｏｌｙｍ　Ｅｎｇ　ｓｄ。ｌ昭≈（　）：ｌ　１５３　２　Ｌａ　Ｍａｍｉａ　Ｆ　Ｐ．Ａｃｉ￣ａｏ　ｎＣａｒｌｏ　Ｄ　Ｒｈ∞ｌ觚　１９Ｂ７啦！）：　４５２　熏基腻．塑料通讯，１￣Ｘ０）：２７　粟基厢．塑料加工应用。１９９３；（１）：１　Ｈａｒｔ　Ｃｎ］￣ａｅｏｌｏｇｙｉｎ　ＰｏｌｙｍｅｒＰｒｏｃｅｓＳ．ｉｒｇ，Ａｃａｄｅｍｉｃ　Ｐ　Ｎｅｖ，＇Ｙｏｒｋ：１９７６　３　Ｃａｒｔｏ　Ｄ．Ｌａ　Ｍ￣ｍｉａ　Ｆ　Ｐ、＾ｄ∞Ｄ　Ｐ０￣ｏｌ＾媳１９８３；　粟基腻．力学进展　１吣黝：２３４　㈤１９７　Ｂａｇｊｅｙ　Ｅ　Ｂ。Ｊ　ＡｐｐＩ　ｐｂ　。ｌ９５７；２Ｓ：６２４　粱基腻．塑料技术，１９９＇３；（２）：３６　４　Ｌａ　Ｍａｍｉａ　Ｆ　Ｐ．Ａｄｅｒｎｏ　Ｄ　Ｐｌｍｔ　Ｒｕｂｂｅｒ　Ｐａｘ：＆Ａｐｐ１．　ＳＴＵＤＹ　ｏＮ　ＦＬＯＷ　ＰＲｏＰＥＲＴＩＥＳ　ＯＦ　ＨＤＰＥ／ＬＤＰＥ　ＢＬＥＮＤ　ＭＥＬＴ　ＩＮ　ＥＸＴＲＵＳ１０Ｎ　Ｌｉａｎｇ　Ｊｉｚｈａｏ　（Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ　Ｄｅｐｔ　、ｏｆ　Ｓｏｕｔｈ　Ｃｈｉｎａ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）　ＡＢＳＴＲＡＣＴ　５　６　Ｔｈｅ　ｆｌｏｗ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ａｎｄ　ｉｔｓ　ｉｎｆｌｕｅｎｃｉａＩ　ｆａｃｔｏｒｓ　ｏｆ　ＨＤＰＥ］ＬＤＰＥ　ｂｌｅｎｄ　ｍｅｌｔ　ｉｎ　７　８　９　ｃａｐｉｌｌａｒｙ　ｅｘｔｒｕｓｉｏｎ　ｕ　ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ．Ｔｈｅ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｓｈｏｗｅｄ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ａｐｐａｒｅｎｔ　ｓｈｅａｒ　ｖｉｓｃｏｓｉｔｙ　１　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓａｍｐｌｅ　ｍｅｌｔ　ｗｅｎｔ　ｄｏｗｎ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｉｎｃｒｅａｓｅ　ｏｆ　ｗｅｉｇｈｔ　ｐｅｒｃｅｎｔａｇｅ　ＨＤＰＥ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ　ｏｆ　ｔｏ　ａｐｐａｒｅｎｔ　ｓｈｅａｒ　ｍｔｅ　ｗｅａｋｅｎｅｄ　ｗｉｈ　ｔｔｈｅ　ｉｎｃｒｅａｓｅ　ｏｆ　ｏｆ　ａｔ　ａ　ｃｅｒｔａｉｎ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ａｎｄ　ａｐｐａｒｅｎｔ　ｓｈｅａｒ　ｒａｔｅ予－．Ｔｈｅ　ｈｅｓａｒ　１１ｏＷ　ｂｅｈａｖｉｏｒ　ｏｆ　ｈｅｔ　ｓａｍｐｌｅ　ｂａｓｉｃａａｙ　ｏｂｅｙｅｄ　ｔｈｅ　ｐｏｗｅｒ　ｌａｗ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｄｅｐｅｎｄｅｎｃｅ　ｏｆ　Ａｒｒｈｅｎｉｕｓ　Ｅｑｕａｔｉｏｎ．　ｏｎ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ａｃｃｏｒｄｅｄ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ；ｂｌｅｎｄｉｎｇ；ｍｅｌｔ　ｖｉｏｓｉｃｔｙ　（上接第１１页）　ＣＵＲＲＥＮＴ　ＤＥＶＥＬＯＰＭＥＮＴ　ＰＲＯＢＬＥＭＳ　ＡＮＤ　ＦＵＴＵＲＥ　ｏＦ　ＤＥＧＲＡＤＡＢＬＥ　ＰＬＡＳＴＩＣＳ　Ｔａｎｇ　Ｓａｉｚｈｅｎ　Ｙａｎｇ　Ｈｕｉｄｉ　（Ｅｃｏｎｏｍｉｃ，Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　Ｃｅｎｔｅｒ．ＭＬＩ）　ＡＢＳＴＲＡＣＴ　Ｔｈｅ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ｄｅｖｅＩｏｐｍｅｎｔｓ　ｏｆ　ｄｅｇｒａｄａｂｌｅ　ｐｌａｓｔｉｃｓ　ｉｎ　ｆｏｒｅｉｇｎ　ｃｏｕｎｔｒｉｅｓ　Ｗｅａ＇ｅ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄＴｈｅ　ｅｘｉｓｔｉｎｇ　ｐｒｏｂｌｅｍｓ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｆｕｔｕｒｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｏｆ　ｄｅｇｒａｄａｂｌｅ口ｌａｓｔｉｃｓ　ｗｅｒｅ　ｐｒｏｐｏｓｅｄ　Ｔｈｅ　ｓｉｔｕａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｄｏｍｅｓｔｉｃ　ｄｅｇｒａｄａｂｌｅ　ｐｌａｓｔｉｃｓ　ｗａｓ　ｂｒｉｅｆｌｙ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄＴｈｅ　ｐｏｓｉｔｉｖｅ　ｓｕｇｇｅｓｔｉｏｎｓ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｒｓｅａｒｃｈ，ｄｅｖｅｌｅｏｐｍｅｎｔ，ａｐｐｌｉａｔｃｉｏｎ　ａｎｄ　ｐｏｐｕｌａｒｉｚａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｄｅｇｒａｄａｂｌｅ　ｐｌａｓｔｉｃｓ　ｗｅｒｅ　ｐｕｔ　ｆｏｒｗａｒｄＫｅｙｗｏｒｄｓ：ｐｌａｓｔｉｃ　ｗａｓｔｅ；ｄｅｇｒａｄａｂｌｅ　ｐｌａｓｔｉｓ；ｂｉｃｏｄｅｇｒａｄａｂｉｌｉｔｙ