挤出温度对单层流延聚丙烯膜结构与性能的影响-项目案例-污水池加盖-反吊膜|膜加盖-除臭加盖-膜结构公司-上海华喜膜结构工程有限公司
网站首页 解决方案 项目案例 新闻动态 膜材介绍 关于华喜 联系方式 EN
首页 > 新闻动态 > 公司动态

挤出温度对单层流延聚丙烯膜结构与性能的影响

发布时间:2021年9月6日 点击数:325

单层流延聚丙烯(Monolayer Cast Polypropylene,MCPP)薄膜是聚丙烯树脂颗粒在挤出机内热熔塑化,流延借助冷却辊完成热拉伸[1],同时用压缩空气迅速冷却成型,后经牵引卷绕成膜。流延聚丙烯薄膜具有透明性好、光泽度高、平整度好、耐热性能优良、易于热封合、生产迅速等诸多优点,被广泛应用于食品、日用品的包装,也被用作复合薄膜的内外层材料[2,3,4]

在MCPP薄膜的工业生产中,挤出温度、冷辊温度等因素是影响薄膜性能的重要工艺参数,其中挤出温度对均聚聚丙烯制品的结构与性能的影响较为显著[5,6,7,8]。本文采用控制变量法探讨挤出温度对MCPP薄膜光学性能和力学性能的影响,以期对MCPP薄膜生产过程中挤出温度参数的优化设置提供数据支持。

1 实验

1.1 实验原料

乙烯共聚聚丙烯T28FE(中国石油天然气股份有限公司兰州石化分公司)。

1.2 实验设备

流延膜机(ME-30/9100V3 and CR-9/320,Optical Control Systems GmbH(Germany));

雾度计(HGM-2DP,日本岛津公司);

电子拉力机(Instron 1121,英国Instron公司);

裁样机(上海中艺机械器厂);

偏光显微镜(DM 2500P,Leica Microsystem);

差示扫描量热仪(TGA/DSC同步热分析仪(瑞士))。

1.3 实验方法

流延膜机挤出装置为单螺杆挤出机,长径比为25∶1,设有8个控温区域。以乙烯共聚聚丙烯T28FE为原料,采用控制变量法,按表1和表2中的实验条件设计了7组实验,分别制备出不同挤出温度下的MCPP薄膜试样(厚度为35μm),并在48h内完成测试。考察挤出温度对薄膜结构与性能的影响。

表1 挤出温度的设置方案     下载原表

表1 挤出温度的设置方案

表2 实验条件     下载原表

表2 实验条件

1.4 结构表征

(1)偏光显微镜(PLM)法。在偏光显微镜下观察各MCPP薄膜试样的取向程度。

(2)DSC表征。采用DSC差示扫描量热仪分析试样的热性能,可根据式(1)计算出各样品的结晶度。

 


式中:Xc为结晶度,%;ΔHf为样品熔融热焓值,J/g;ΔHf*为标准样品熔融焓值,ΔHf*=209J/g[9]

1.5 性能测试

MCPP薄膜的透光率和雾度按GB/T 2410-2008《透明塑料透光率和雾度的测定》测试。

MCPP薄膜的直角撕裂强度按QB/T 1130-1991《塑料直角撕裂性能试验方法》测试。

MCPP薄膜的拉伸性能按GB/T 1040.1-2018《塑料拉伸性能的测定第1部分:总则》测试。

以上各性能测试均进行5次平行实验,取其平均值。

2 实验结果与讨论

2.1 挤出温度对MCPP薄膜取向结构的影响

图1所示为不同挤出温度下MCPP薄膜的PLM照片。可以看出,随着挤出温度的升高,薄膜的取向结构减弱。因为挤出温度较低时,树脂塑化程度低,高分子链活动能力差,在流延过程中需克服聚合物内部较大的黏滞阻力,熔体流动不均匀,迅速降温后即形成取向结构较明显的薄膜;挤出温度较高时,树脂塑化程度高,高分子链活动能力增强,熔体流动较均匀,同时分子热运动剧烈,解取向作用增强。

图1 不同挤出温度下MCPP薄膜的PLM照片

图1 不同挤出温度下MCPP薄膜的PLM照片   下载原图


2.2 挤出温度对MCPP薄膜结晶度的影响

不同挤出温度下MCPP薄膜试样的DSC测试结果如表3所示。

表3 不同挤出温度下MCPP薄膜试样的DSC测试结果     下载原表

表3 不同挤出温度下MCPP薄膜试样的DSC测试结果

从表3可以看出,随着挤出温度的升高,样品的熔融峰温度[10]略有减小,结晶度的减小较为明显。这说明,挤出温度的增加可以降低聚丙烯的结晶度。挤出温度的升高导致分子链运动能力增加,同时分子链解取向能力增大,取向诱导结晶作用减少,结晶成核能力降低,结晶度降低。

2.3 挤出温度对MCPP薄膜光学性能的影响

图2所示为挤出温度对MCPP薄膜雾度和透光率的影响。

从图2可以看出,随着挤出温度的升高,薄膜雾度呈下降趋势,而薄膜透光率则呈上升趋势。聚丙烯是典型的结晶型高分子材料,材料内部结晶与非晶两相的存在导致光在其界面上发生折射,从而引起薄膜透明性差异。另外,因熔体弹性造成薄膜表面粗糙,从而引起光在薄膜表面散射,这也是造成薄膜透明性差异的原因之一。当挤出温度较低时,树脂塑化不完全,聚合物分子黏弹性较强,熔体流动不均匀,分子链在膜口的弹性回复导致熔体破裂,所得薄膜平整度差。随着熔体温度升高,分子的内应力得到较好的释放,熔体流动较均匀,薄膜表面光滑平整,薄膜的雾度降低,薄膜的透光率就会增大。

图2 挤出温度对MCPP薄膜雾度和透光率的影响

图2 挤出温度对MCPP薄膜雾度和透光率的影响   下载原图


2.4 挤出温度对MCPP薄膜力学性能的影响

图3所示为挤出温度对MCPP薄膜拉伸强度和断裂伸长率的影响。

从图3可以看出,随着挤出温度的升高,MCPP薄膜的拉伸强度和断裂伸长率均呈先增大后减小趋势。

图3 挤出温度对MCPP薄膜拉伸强度和断裂伸长率的影响

图3 挤出温度对MCPP薄膜拉伸强度和断裂伸长率的影响   下载原图


薄膜的横向力学性能主要取决于晶区与非晶区的结合强度,即晶粒尺寸、结晶度以及取向作用。挤出温度较低时,高分子链活动能力弱,薄膜存在缺陷,导致横向力学性能较差。随着挤出温度的升高,高分子链活动能力增强,晶区与非晶区的结合强度增强,大大增强了薄膜的横向力学性能,230℃时薄膜的横向力学性能达到最大值。挤出温度继续升高,分子的热运动过于剧烈,薄膜的结晶度下降,导致薄膜的横向力学性能下降,但下降幅度较小。

薄膜的纵向力学性能主要由分子取向程度决定。晶粒的取向一般完成较早,拉伸性能的增强主要和非晶区链段取向的提高相关。随着温度的升高,高分子链活动能力增强,除沿流延方向择优取向外,高分子链横向交织并贯穿到晶粒之间。另外,高温下分子运动能力增加,导致分子链的解取向速度增加,分子链取向度降低,这是薄膜断裂伸长率增大的主要原因之一。但同时,由于温度的升高,高聚物解取向趋势增强,使薄膜纵向拉伸强度逐渐减弱。

纵向比较可得,薄膜的横向拉伸强度小于其纵向拉伸强度,横向断裂伸长率大于其纵向断裂伸长率[11]。这是因为,熔体流延成膜时为纵向拉伸,而横向无拉伸作用。故测量薄膜拉伸强度和断裂伸长率时,高分子链在流延方向上已处于张紧状态,而在垂直拉伸方向上仍然处于松弛状态,因而,薄膜的纵向拉伸强度大于横向拉伸强度。相同长度的试样,其纵向断裂伸长率小于横向断裂伸长率。

图4所示为挤出温度对MCPP薄膜撕裂强度的影响。

图4 挤出温度对MCPP薄膜撕裂强度的影响

图4 挤出温度对MCPP薄膜撕裂强度的影响   下载原图


从图4可以看出,随着挤出温度的升高,薄膜的横向撕裂强度和纵向撕裂强度均呈先增大后减小趋势。实验中横向试样的撕裂为纵向撕裂,纵向试样的撕裂为横向撕裂。薄膜的纵向撕裂强度在220℃时达到最大值,而薄膜的横向撕裂强度则在230℃时达到最大值。这是因为,随着温度的升高,高分子链活动能力逐渐增强,树脂热熔程度更加均匀,并能很好地穿插于晶区之中;除了沿拉伸方向择优取向外,高分子链之间相互勾连交织,并贯穿到晶粒之间,导致薄膜的撕裂性能增强。随着温度的继续升高,分子的热运动过于剧烈,晶核不易形成,或形成的晶核不稳定,容易被分子热运动破坏,导致薄膜的结晶度下降,晶粒数量减少。高聚物分子链的解取向作用增强,使薄膜取向作用减弱,导致撕裂性能下降。

薄膜的撕裂性能取决于其凝聚态结构中的结晶度、取向程度和结晶形态[12]。冷却降温初期形成晶粒,在冷却辊的拉伸作用下,高分子链和晶粒均随着拉伸作用择优取向,而后迅速降到玻璃化温度以下,晶粒和链段的位置关系随之固定,形成取向材料。高分子链沿拉伸方向择优取向,垂直于取向方向上的强度很小,同时随着挤出温度的升高,其解取向作用增强,故纵向撕裂强度下降较快,而横向撕裂为撕断高分子链段与链段、链段与晶粒之间的作用,其下降幅度较小。

3 结论

MCPP薄膜的结构与性能受挤出温度的影响较明显。随着挤出温度的升高,雾度减小,透光率增大,横向拉伸性能、纵向拉伸性能和撕裂性能均随着挤出温度的升高先增强后减弱,且均在220~230℃时性能表现优异。随着挤出温度的升高,MCPP薄膜的取向度和结晶度均减弱。由于高分子聚合物内部结构较复杂,除上述基础结论外,还应结合聚合物凝聚态结构综合判断产品性能。

专题报道             more...
  • 轨道交通中膜结构的应
    ...

    查看更多

  • 膜结构建筑保温内衬技
    刚查县为青海省海北藏族自治州辖县,青海省措温波高原海滨藏城演艺中心,作为刚查县的标志性建筑,演艺中心为直径50米的圆形建...

    查看更多

  • 膜结构幕墙的应用
    膜结构幕墙是膜结构在建筑外围护结构的应用,具有膜结构的共同特性和优点:膜结构是一种非传统的全新结构方式。...

    查看更多

  • 膜结构屋面的应用
    屋盖是房屋最上部的围护结构,应满足相应的使用功能的要求,为建筑提供适宜的内部空间环境。屋盖也是房屋顶部的承重结构,受到材...

    查看更多

  • 膜结构应用于环保工程
    随着我国国民经济飞速发展和市政基础设施建设全面展开,特别是污水处理厂等环保项目日益增多,其中有相当数量的污水处理厂的厌氧...

    查看更多

  • 膜结构在污水处理厂中
    相当数量的污水处理厂的厌氧池、污泥浓缩池、生物絮凝池等建于居民区、厂区的周边,污水池的环境、风貌及污水臭味等直接影响人们...

    查看更多

关于华喜

硬件实力 质量控制 发展历程 公司简介

软件实力 经营理念  解决方案 联系方式

中国华喜建筑网站

+021-59198545 400-176-6885 dshx@hxmjg99.com www.hxmjg.com 沪ICP备08009856号 使用条款