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1、第2 5 卷第4 期 纺织学报 V 0 1 2 5 ，N o 4 2 0 0 4 年8 月J o u m a lo fT b x t i l eR e s e a r c h A u g ，2 0 0 4 共混可润湿聚丙烯的流变性能研究 郭静徐德增蔡月芬 ( 大连轻工业学院，大连，1 1 6 0 3 4 ) 摘萎：共混可润湿聚丙烯流体的流动特征与常规聚丙烯相似，为典型的假塑性流动，其非牛顿指数随剪切速率的增大而减小，表 观粘度和粘流活化能随共混比的增大而减小。 关键词：聚丙烯共混吸湿性流变性 中图分类号：T Q3 4 2 6 2文献标识码：A文章编号：0 2 5 3 9 7 2 l ( 2 0
2、 0 4 ) 0 4 一0 0 1 2 0 2 聚丙烯因性能优越而成为重要的高分子材料， 在塑料和化纤领域得到广泛的应用。但由于聚丙烯 分子结构紧密、结晶度高、分子内没有极性基团，因 此，聚丙烯制品存在浸润差、难粘结、易积聚静电等 问题，这在一定程度上限制了聚丙烯的应用。许多 学者致力于改善聚丙烯可浸润性的研究“一，但聚 丙烯的可润湿问题并未根本解决。本研究从破坏聚 丙烯规整结构和引入亲水性基团人手，通过将脂肪 酸酯与聚丙烯进行共混，有效地改善了聚丙烯的可 润湿性。本文重点研究了共混可润湿聚丙烯的流变 性能，研究结果对推动聚丙烯可浸润改性有一定指 导意义。 1 实验部分 1 1 原料 等规聚丙
3、烯，辽阳石油化学公司产；脂肪酸酯， 市售；界面剂，含有极性基团的聚烯烃。将上述3 种 物质按比例混合均匀，用直径为2 5m m 的螺杆挤压 机铸带、造粒，得三元共混切片。 1 2 实验 将制得的切片用真空烘箱连续干燥8h ，用日本 岛津制作所生产的毛细管流变仪测试流变性能。测 试条件：毛细管直径0 5m m ；毛细管长度1 0m m ；温 度范围2 5 0 2 8 0 ，精度0 2 ；预热时间1 2 0s 。 1 3 计算公式 y = 4 p 丁cr ，r = P r ，2 ， y 修正= ( 3 n + 1 ) Q n 丌r 3 ， 仉= z - ，) ，修正， 仉= A e x p E l
4、 R r l n 仉= l n A + E 1 Rr E 。= R d l n 叩。d ( 1 ，r ) 式中，7 为剪切速度( s 一) ；Q 为体积流速( m m 3 ，s ) ；r 为毛细管半径( m m ) ；为毛细管长度( 姗) ；r 为剪 切应力( P a ) ；P 为挤出压力( 9 8 1 0 4 P a ) ；y 修正为 修正后剪切速度( s “) ；仉为表观粘度( P a s ) ；n 为 非牛顿指数；E 。为粘流活化能( 1 【J m 0 1 ) ；R 为气体常 数；A 为常数。 2 结果与讨论 2 1 共混物的流动特性 共混物的流动特性曲线见图1 。由图1 可见：1 )
5、共混物的流变行为可以用幂律定律模型描述，但在所 测得的剪切速率范围内l g r 与l g ) ，不呈线性关系，即 非牛顿指数( n = d l g r d l g y ) 不是定值，随剪切速率区 的增大，n 值有减小的趋势，这是一般高聚物熔体的 普遍规律。导致这种现象的原因是低剪切速率区，流 体形变时间较长，流体中松弛时间较长的体积单元也 来得及产生屈服而达到相对稳定的流动bo ，流体假塑 性下降，n 值较大；高剪切速率区，流体形变时间缩 短，体积单元来不及松弛而沿外力作用方向取向，使 熔体假塑性增强，n 值减小。2 ) 产生n 值变化的临界 剪切速率随脂肪酸酯含量的增大而增大，到脂肪酸酯 含
6、量为1 2 时，n 值几乎与剪切速率无关。 2 2 共混物的表观粘度及其影响因素 共混物的表观粘度与剪切速率关系曲线见图 2 。由图2 可见，共混物的表观粘度随剪切速率的增 大而减小，为典型的假塑性流动。导致这种现象的 原因是：1 ) 剪切速率增大，流动时间短，分子链段来 不及松弛收缩而在流场中取向，导致流层间的分子 间作用力减小，流动阻力下降。2 ) 剪切速率增大使 大分子解缠和分子链彼此分离，导致大分子间的相 对运动更加容易。 温度对表观粘度的影响见图2 及表1 。由图2 可见，温度提高，共混物的表观粘度下降，下降幅度 与剪切速率有关，低剪切速率区温度对表观粘度影 响较大，高剪切速率区影响
7、不明显。温度提高，分子 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 2 0 0 4 年第4 期 纺织学报 【1 3 】 内自由体积增大，分子跃迁阻力减小，粘度下降，在 高剪切速率区，流体受到强剪切应力作用，产生大量 的剪切热，抵消了温度的变化，温度对表观粘度的影 响减小。由表1 可见，粘流活化能随剪切速率增大 l g 竹s 。l ( a ) 脂肪酸酯含量为4 而减小，说明剪切速率增大，粘度对温度的敏感性下 降，这与图2 结果一致；由表1 还可发现，脂肪酸酯 加
8、入量增加，粘流活化能下降，说明共混物的粘温敏 感性较小，可以在比较宽的温度范围内进行加工。 l g W s 1 ( b ) 脂肪酸醑含量为8 一2 5 0 _ 2 6 5 + 2 8 0 图l 共混物的l g r l g y 关系曲线 I g y - 正，s 1 ( a ) 脂肪酸醋含量为4 图2 l g y 芷，s 。1 ( b ) 脂肪酸醣含量为8 + 2 5 0 一2 6 5 + 2 8 0 共混物的l g _ 。一l g y 惨正关系 衰lP P _ 脂肪酸酯N J 共混物的粘流活化能( k J m 0 1 ) 共混物组成对粘度的影响如图3 。由图3 可 见，随共混物中脂肪酸酯含量增加
9、，流体表观粘度下 3结论 7 0 呻6 0 苣5 0 醚4 0 瓣 0 6 0 ：5 0 室： 鼷2 0 秣1 0 0 l g W s 1 ( c ) 脂肪酸酮含量为1 2 I g y 蕾正，s 。l ( c ) 脂肪酸酯含量为1 2 降，且下降程度与剪切速率有关，在剪切速率为 10 0 0s 一时下降较明显，剪切速率为30 0 0s 。1 时次 之，剪切速率为1 00 0 0s 。1 时，流体表观粘度下降最 小。导致这种现象的原因是低分子质量的脂肪酸酯 在流体中起增塑作用，使聚合物分子间的间距增大， 体系缠结浓度下降，流动阻力减小。因此，共混物纺 丝应采用较低的温度。 6 0 ： 5 0 塞
10、；： 礴2 0 样l O 0 腊肪酸醣含量，脂肪酸酯含量惕 ( a ) 2 5 0 ( b ) 2 6 5 y = 1 0 0 0s 。1y = 3 0 s 1y = l 0 0s 1 图3 脂肪酸酯含量与表观粘度的关系 1 共混物的流动为假塑性流动。非牛顿指数 与共混物构成有关。流体表观粘度随温度提高、剪 切速率增大而减小。 2 共混物表观粘度随脂肪酸酯含量增大而减 小，粘温敏感性随脂肪酸酯含量增大而减小，加工成 型时，应适当降低成型温度。 脂肪酸酯含置惕 ( c ) 2 8 0 参考 文献 1N o h re ta 1 H y d m p h i l i cS u l h c e m o
11、d i 6 e dP o l y o l e f i nS t n l c t u r e 8 ，u s 4 ， 6 6 6 4 5 2 2 E m d se ta 1 W e t t a b l eS o f tP o l v o l e 6 nF i b e 璐a n dF 如r i cU S 6 ，2 3 9 ，0 4 7 3徐德增等改进丙纶表面吸湿性的研究纺织学报，1 9 9 7 ( 5 ) ：1 6 1 8 4朱本松等共混丙纶的结构与亲水性合成纤维工业，1 9 9 2 ( 5 ) ： 2 5 3 1 5 宋家琪等聚合物流变学，j E 京：国防工业出版社，1 9 8 3 ：1 6 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark