共聚聚丙烯拉伸流变性能研究

王晶　傅勇　徐振明　袁小亮　左胜武

(中国石化扬子石油化工有限公司南京研究院，江苏 南京，210048)

共聚聚丙烯拉伸流变性能研究

王晶傅勇徐振明袁小亮左胜武

(中国石化扬子石油化工有限公司南京研究院，江苏 南京，210048)

摘要：采用双螺杆挤出方法，将3种共聚聚丙烯(PP)基料PPB，PPR和PPB-G按照不同配比进行共混。利用拉伸流变仪，研究了3种不同PP树脂的熔体强度和拉伸流变行为。通过与小中空制品聚乙烯专用料HHM5502对比，讨论了3种基料的熔体拉伸流变特征。结果表明：当PPB，PPR，PPB-G质量比分别为40∶20∶40和40∶35∶25时，可以得到同时具备高熔体强度和高熔体延展性的PP树脂，二者的熔体强度均大于0.17 N，熔体可拉伸比也均超过了5。

关键词：共聚聚丙烯拉伸流变熔体强度 拉伸比

聚丙烯(PP)是目前世界上应用最为广泛、产量增长最快的树脂之一，近年来已经发展成为汽车、建筑、电器、包装等行业不可或缺的基本原料之一[1]。但通常情况下得到的PP具有优异的高熔体强度，却不具有很好的熔体延展性。因此，开发同时具备高熔体强度和高熔体延展性的PP树脂产品，才可以充分发挥PP在热成型、吹塑成型和发泡成型工艺中的应用。

下面采用双螺杆挤出方法，将3种共聚PP基料按照不同比例进行共混，得到了不同配比的共混PP。通过拉伸流变仪，对不同基料PP和不同配混料PP的熔体强度和熔体延展性进行了研究。

1试验部分

1.1主要原料及仪器设备

嵌段共聚PP(PPB)，熔体流动速率(MFR)为2.0 g/10 min，无规共聚(PPR)，MFR为0.25 g/10 min，嵌段PP(PPB-G)，MFR为0.4 g/10 min，均为扬子石油化工有限公司；小中空制品聚乙烯(PE)专用料，HHM5502，中国石油化工股份有限公司茂名分公司。RT2000型高压毛细管流变仪，Rheotens71.97型挤出式熔体拉伸流变仪，均为德国Göttfert公司；LHFS1-271022型双螺杆挤出机，德国Labtech公司。

1.2共混PP的制备

将PPB，PPR和PPB-G按不同配比共混后经双螺杆挤出造粒，得到不同配比的PP配混料。双螺杆各区的温度分别为165，205，220，230，230，230，230，230，230 ℃，模头温度为230 ℃，螺杆转速为200 r/min。

1.3测试与表征

在熔体拉伸流变仪上测定不同基料和不同配混料PP的拉伸流变性能。

2结果与讨论

2.1不同PP基料的熔体强度及拉伸流变行为

图1是3种PP基料和PE HHM5502的熔体强度曲线。

图1　3种PP基料和PE专用料的熔体强度分析

从图1可以看出， PPR具有最强的熔体强度，约是PE HHM5502的4倍； PPB的熔体强度最小，约只有PE HHM5502的五分之一。另一方面，PPR显示了最小拉伸比，即熔体易出现“颈缩”，熔体延展性较差，很容易发生熔体断裂，而热成型、吹膜成型和发泡等加工工艺中对熔体强度和熔体的延展性要求均较高。PE HHM5502在熔体强度和熔体延展性之间拥有很好的平衡，即在保持较高的熔体强度下，仍具有很好的拉伸比。

图2是3种PP基料和PE HHM5502的拉伸应力曲线。

图2 3种PP基料和PE专用料拉伸应力分析

由图2可以发现，在拉伸比小于2时，PPR和PPB-G的熔体拉伸应力均比相同拉伸比下PE HHM5502的要高，说明熔体能承受外力的能力较显著，然而在较高拉伸比(大于2)下，PPR和PPB-G均发生熔体断裂现象，拉伸应力急剧下降，而PE HHM5502随着拉伸比增加拉伸应力不断增大，有较明显的“应力硬化”现象，此拉伸流变行为也是PE HHM5502可广泛应用于吹塑成型制备小中空制品的内在因素。此外，PPB随着拉伸比增加，拉伸应力也不断增大，但是PPB的拉伸应力却比PE HHM5502小很多，因此熔体抵抗外力的能力明显不如PE HHM5502的。

图3是3种PP基料和PE HHM5502的拉伸黏度曲线。

图3 3种PP基料和PE专用料拉伸黏度分析

从图3可以看出，PPR和PPB-G在较低的拉伸应变速率下具有较高的拉伸黏度，却不具备较好的熔体延展性，而PE HHM5502在较高的拉伸应变速率下，仍能保持较高的拉伸黏度，该结果也与拉伸应力曲线有很好的一致性。

2.2PP配混料的配方及其拉伸流变行为

将PPB单独与PPB-G或者PPR进行共混造粒，得到PPB和PPB-G或者PPB和PPR配混料，具体配比见表1。

表1　PPB与其他基料的共混配方　质量份

配混后得到的PP拉伸流变曲线如图4所示。

图4 PP共混料与PE专用料熔体强度分析

从图4可以看出，样品PP1具有较高的熔体强度，却具有较低的熔体拉伸比；PP2的拉伸比明显增加，但熔体强度却下降明显，也就导致其抵抗外力的能力大大下降；另一方面，PP3和PP4与图1中的PPR基料相比，其熔体强度均明显下降，而熔体延展性方面改善也不明显。由此可见，通过单独共混2种基料的方式并不能得到同时具有较高熔体强度和较高熔体拉伸比的PP树脂。

表2　3种PP基料的共混配方

基于上述结果，进一步将3种PP基料按表2配方进行了共混，得到三者共混PP树脂，所对应的拉伸流变曲线如图5所示。

从图5可以看出，在各组配混料中，当PPB，PPR和PPB-G的质量配比分别为40∶20∶40(PP7)和40∶35∶25(PP11)时，所得到的共混PP与PE HHM5502的拉伸流变行为最为相似，2种树脂的熔体强度均大于0.17 N，同时熔体可拉伸比也较高。

图6是样品PP7,PP11与PE HHM5502的拉伸应力曲线对比。

图5 不同配比下PP共混物的熔体强度分析

图6 PP7和PP11与PE专用料拉伸应力分析

从图6可以看出，PP7和PP11具有与PE HHM5502相似的拉伸应力行为，熔体能够抵抗较强外力的同时也具有较大的可拉伸性，二者的可拉伸比均大于5，而且随着拉伸比的增加，拉伸应力也不断增加。

3结论

a)3种共聚PP中，PPR熔体强度最高，但可拉伸性最差；PPB具有较好的熔体可拉伸性，熔体强度却较低。

b)将PPB单独与PPB-G或者PPR共混时，得到的PP树脂无法同时具备较高的熔体强度和较好的熔体延展性。

c)将PPB，PPR和PPB-G三者进行共混，当共混比例分别为40∶20∶40和40∶35∶25时，所得到的PP与PE HHM5502具有相似的熔体拉伸流变行为，此时树脂的熔体强度均大于0.17 N，同时其熔体延展性也较高，熔体可拉伸比均超过5。

参考文献

[1]徐莹. 高流动透明聚丙烯的应用研究及市场发展[J]. 国外塑料，2012,30(1):30-34.

Study on Extensional Rheology of Co-Polypropylenes

Wang Jing Fu Yong Xu Zhenming Yuan XiaoliangZuo Shengwu

(Nanjing Research Institute of Yangzi Petrochemical Co.，Ltd.，SINOPEC，Nanjing，Jiangsu，210048)

Abstract：The different percentages of the co-polypropylenes including PPB, PPR and PPB-G were prepared by the twin-screw extruder. The melt strength and extensional rheological behaviors of three kinds of co-polypropylenes were studied by extensional rheometer. Compared to special resins of polyethylene HHM5502 used for small hollow products, the extensional rheological characteristics of these co-polypropylenes were discussed. The results show that when m(PPB∶PPR∶PPB-G) is 40∶20∶40 or 40∶35∶25, the polypropylene with both high melt strength and high melt ductility is successfully attained. The melt strength is more than 0.17 N, and the melting drawing ratio is also more than 5.

Key words：co-polypropylene; extensional rheology; melt strength; drawing ratio

收稿日期：2015-07-30;修改稿收到日期:2015-12-21。

作者简介：王晶,男,博士,主要从事塑料加工及其改性方面研究。E-mail:wangjing19870303@163.com。

DOI：10.3969/j.issn.1004-3055.2016.02.003