重复加工对通用塑料力学性能和分子量影响的研究*

2016-04-12胡达恒张止毓王志伟西北民族大学甘肃兰州730000

甘肃科技 2016年4期

贺　媛，胡达恒，张止毓，王志伟，刘　震(西北民族大学，甘肃　兰州　730000)

贺媛，胡达恒，张止毓，王志伟，刘震
(西北民族大学，甘肃兰州730000)

摘要：使用多次挤出法研究了重复加工对聚丙烯、高密度聚乙烯、低密度聚乙烯等通用塑料硬度、力学性能、断裂行为的影响。使用粘度法研究了重复加工对通用塑料分子量的影响。结果表明,随着挤出次数的增加，3种材料的拉伸强度、断裂伸长率和硬度均有所降低，分子量减小，但是降低幅度较小，聚丙烯、聚乙烯均可以在多次加工后正常使用。

关键词：材料物理与化学;通用塑料；重复加工；流变性能；力学性能；分子量

高密度聚乙烯、低密度聚乙烯和聚丙烯是目前最为常用的几种塑料产品，三者的使用量占我国树脂总量的40%以上[1]，由于其市场用量的增加，后期回收处理也变的极为重要。作为常用的热塑性材料，这3种通用塑料也是较为容易回收利用的产品材料。目前对于这3种材料主要是通过二次或者多次挤出注塑来对材料进行回收再利用[2]。在多次加工中，材料会受到热降解从而使得力学性能有所下降[3]，本文研究了多次挤出加工对于高密度聚乙烯、低密度聚乙烯和聚丙烯力学性能的影响，并研究了分子量的变化，确定分子量与性能之间的关系，对于通用塑料的多次加工和重复利用具有重要的指导意义。

1　实验部分

1.1原料

低密度聚乙烯，（LDPE,2426H）,兰州石化；高密度聚乙烯，（HDPE,5000s），宁夏石化；聚丙烯（PP，T30S），宁夏石化；四氢萘,(AR),天津市凯信化学工业有限公司；四氢呋喃,(THF,AR),哈尔滨市化工公司；对二甲苯，(PX,AR),济宁宏明化学试剂有限公司。

1.2实验设备及仪器

单螺杆挤出机，SJP-30，南京橡塑；注塑机，YT-45T-C,中山亚泰；万能试验机，WDW-50E，济南试金；冲击试验机，JB-W800，济南试金；邵氏硬度计，TH210，北京时代之峰；乌式粘度计。

1.3实验方法

采用双螺杆挤出机制备样料，温度设定220℃、转速350r/min。在同样的实验条件下，将实验原料重复挤出6次，每次挤出后存留部分样品，样料采用注塑成型机在220℃下注塑硬度圆片和拉伸、弯曲样条，以备测试。

1.4测试方法

1.4.1拉伸性能的测定

使用万能实验仪，用国家标准GBT1040-2006测定材料拉伸性能。

1.4.2硬度的测定

使用邵氏硬度计，用国家标准按GBT6031—1998测定材料硬度。

1.4.3分子量的测定

使用乌氏粘度计采用粘度法测定样品分子量。

2　结果与讨论

2.1重复加工对材料拉伸性能的影响

图1是在重复加工挤出后测定的HDPE,LDPE, PP的断裂伸长率与加工次数之间的关系，其中点1是未重复加工的初始料。

图1　重复加工对于塑料拉伸强度的影响

从图1可以看出，随着加工次数的增加，3种塑料的拉伸强度均为先增加再减小，这可能是因为在重复加工过程中因为多次挤出使其在径向具有一定的晶体取向，从而增加了其拉伸强度。PP，LDPE, HDPE都是结构简单的塑料，具有很高的结晶度，在多次拉深的过程中，材料的晶体结构会发生取向，晶体的取向会使得材料在径向具有较高的强度，从而增加材料的拉伸强度。但是随着加工次数的增加，晶体结构被破坏，材料的拉伸性能也有所下降。

断裂强度体现了材料的抗破坏能力，断裂伸长率体现了材料的韧性，进一步研究了重复加工对于3种塑料断裂伸长率的影响，如图2所示。

图2　重复加工对于塑料断裂伸长率的影响

从图2可以看出，随着重复加工次数的增加，3种塑料的断裂伸长率均有所降低，其中LDPE,PP减小的很少，6次加工后断裂伸长率下降不到100%，而HDPE在6次加工后断裂生长率下降较多，接近150%。这可能是由于HDPE是线性聚合物，结晶度较高，重复加工对于聚合物晶体结构破坏更为明显[4]，因此使得HDPE的韧性下降的更为明显。

综上所述，随着多次挤出重复加工，LDPE, HDPE,PP的拉伸性能均有所下降，但是下降幅度很小，这3种通用塑料在多次重复加工以后仍然可以具有较好性能，可以重复加工使用。

2.2重复加工对材料硬度的影响

PP,LDPE,HDPE作为3种通用塑料，被广泛使用于各种领域。材料的硬度对于使用具有很重要的意义。研究了多次重复加工对于材料硬度影响的研究。