新型聚烯烴彈性體高速擠出流場(chǎng)中的異常流變性質(zhì).pdf

1、本課題為國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目，研究焦點(diǎn)主要集中在探求聚合物熔體(主要為聚烯烴熔體)高速擠出時(shí)發(fā)生的極其復(fù)雜的不穩(wěn)定流動(dòng)現(xiàn)象的規(guī)律、機(jī)理和改善措施。實(shí)驗(yàn)采用恒速型雙筒毛細(xì)管流變儀等儀器，研究對(duì)象為由限定幾何構(gòu)型催化劑和INSITETM工藝開發(fā)的新型聚烯烴彈性體POEEngage、三元乙丙橡膠(EPDMNordelIP)、茂金屬催化合成的分子量雙峰分布聚乙烯(SP2520)以及線型低密度聚乙烯(LLDPE)。 研究結(jié)果表明，高速

2、流場(chǎng)中隨擠出速率提高，具有線型分子結(jié)構(gòu)的POEEngage、EPDMNordelIP、SP2520的擠出物外觀都經(jīng)歷了從表面有規(guī)畸變到整體無(wú)規(guī)畸變的變化過(guò)程。有規(guī)畸變表現(xiàn)為鯊魚皮畸變、螺紋狀畸變、擠出壓力振蕩和黏-滑畸變；無(wú)規(guī)畸變?yōu)閿D出物整體扭曲和熔體破裂。不同熔體的擠出特性不同，其中POEEngage的流變性主要與材料中辛烯含量有關(guān)；EPDMNordelIP的流變性與其分子量和分子量分布有關(guān)；分子量雙峰分布有效地改善SP2520擠出性

3、能；LLDPE擠出物外觀在黏-滑轉(zhuǎn)變后出現(xiàn)明顯的第二光滑擠出區(qū)。 比較了兩種POEEngage的擠出性能。其中Engage8150的黏-切敏感性較大，而Engage8003的黏-溫敏感性較大且擠出外觀好于Engage8150。黏-溫和黏-切敏感性的差別與分子結(jié)構(gòu)有關(guān)，Engage8003的辛烯含量低，結(jié)晶度高，塑料特性更明顯；相對(duì)而言Engage8150的結(jié)晶度低，分子量較大，彈性體行為更加顯著。同樣比較了兩種EPDM:Nord

4、elIP3722P與NordelIP3745P。前者的黏-溫依賴性較大且擠出物外觀明顯好于后者，擠出脹大比和入口壓力降也較小。而后者的黏-切依賴性較大，在高速擠出時(shí)發(fā)生擠出壓力振蕩現(xiàn)象。出現(xiàn)壓力振蕩與其分子量大和分子量分布窄，分子鏈纏結(jié)密度高有關(guān)。振蕩時(shí)管壁處臨界剪切應(yīng)力約0.42MPa，振幅約1～3MPa。振蕩時(shí)對(duì)應(yīng)的流動(dòng)曲線出現(xiàn)斷裂，斷裂前后曲線斜率發(fā)生突變，表明振蕩前后熔體在毛細(xì)管內(nèi)的流動(dòng)機(jī)理不同。 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了線型高分子在

5、較低剪切速率下出現(xiàn)的有規(guī)鯊魚皮和螺紋狀畸變的空間起源位于口模出口處，而擠出壓力振蕩則是由于熔體在口模壁邊界條件發(fā)生整體“時(shí)黏-時(shí)滑”引起，并由此引起流動(dòng)曲線發(fā)生斷裂。較高剪切速率下發(fā)生的無(wú)規(guī)破裂現(xiàn)象很大程度上起源于口模入口區(qū)的劇烈擾動(dòng)，同時(shí)熔體與管壁之間發(fā)生整體滑移也可能是原因之一。 在根據(jù)擾動(dòng)性質(zhì)改善擠出質(zhì)量的嘗試中發(fā)現(xiàn)，可以通過(guò)控制溫度場(chǎng)來(lái)提高穩(wěn)定擠出速率；減小口模長(zhǎng)徑比可以有效改善線型高分子的表面有規(guī)畸變現(xiàn)象；將少量LDP