标准化在测试CPP拉伸黏度中的应用

吴春霜，张贵棉，陈清玉

标准化在测试CPP拉伸黏度中的应用

吴春霜1,2，张贵棉1,2，陈清玉1,2

1.中国石油独山子石化分公司研究院（新疆独山子833699）
2.新疆橡塑材料实验室（新疆独山子833699）

用Rheotens拉伸流变仪测试CPP拉伸黏度时,影响因素有温度、测量轮对间的距离、挤出速率、拉伸加速度，在测试条件不当时往往会造成CPP拉伸黏度的偏差较大。通过正交试验L9（34）研究影响因素的显著性，方差分析结果表明，温度、测量轮对间的距离、拉伸加速度对拉伸黏度的影响显著，挤出速率影响不明显。通过正交试验，确定在测试温度为160～170℃，测量轮对间的距离为0.25mm，拉伸加速率为36mm·s-2，挤出速率为0.3mm·s-1时测试CPP拉伸黏度，其相对平均偏差小于等于20%，并将该条件标准化，最终减少了不必要的重复性劳动，保证了测试结果的重复性及可靠性。

聚丙烯流延膜（CPP）；拉伸黏度；拉伸流变仪；正交试验；影响因素；标准化

聚合物熔体或溶液的黏度是一个重要的材料参数[1]。Rheotens拉伸流变仪测试拉伸黏度易于操作，数据重现性好[2]，但文献[3]说Rheotens拉伸流变仪测试聚烯烃的拉伸流变性能时重复性不好。在使用Rheotens拉伸流变仪测试聚丙烯流延膜（以下简称CPP）的拉伸黏度的过程中发现，主要原因是CPP的拉伸黏度偏差较大。研究用正交试验设计找出了影响CPP拉伸黏度测试结果偏差较大的显著影响因素，确定了测试条件，为了巩固研究成果、减少不必要的重复劳动、降低成本，特将该测试条件进行标准化，纳入了中国石油独山子石化分公司（以上简称独山子石化公司）研究院标准中，在以后的CPP评价工作中均运用该标准进行测试分析，以获得可靠的测试结果。

1 试验部分

1.1原料

CPP，W0723F，熔体流动速率7.30g/10min (2.16kg)，独山子石化公司生产；W725EF，熔体流动速率7.90g/10min(2.16kg)，独山子石化公司生产；C5908，熔体流动速率8.40g/10min(2.16kg)，燕山石化生产；7632L，熔体流动速率6.50g/10min(2.16kg)，新加坡生产；7642，6.70g/10min(2.16kg)，韩国三星生产。

1.2仪器

毛细管流变仪，Rheo-Tester 2000，德国Gottffert公司生产。熔体拉伸流变仪，Rheotens 71.97型，德国Gottffert公司生产。毛细管到测量轮对间的距离为102mm，毛细管直径为2mm，长径比为10∶1。

2 结果与讨论

2.1正交试验设计

用Rheotens 71.97型拉伸流变仪测试CPP的拉伸黏度时，影响测试结果的外部试验条件有试验温度、挤出速率、拉伸加速度、测量轮对间的距离等条件，当测试条件不合适时会使同一高聚物拉伸黏度相差甚远。根据测试过程及文献调研，温度、测量轮对间的距离、拉伸加速度和挤出速率为影响测试结果的主要因素，因此采用正交试验对上述结果进行了分析。

2.1.1 温度对拉伸黏度的影响

温度是影响熔体拉伸黏度最重要的因素，随着温度升高，在其他条件相同时，聚合物熔体的拉伸黏度都会有所下降[3]。CPP相对分子质量偏小（相对管材、中空等原料而言），其拉伸黏度也偏小（190℃时），因此要想用熔体拉伸仪测试其拉伸黏度，合适的温度是试验的最基本条件。

2.1.2 挤出速率对拉伸黏度的影响

在温度等条件相同时，随挤出速度的增加，相同应变速率下，熔体的拉伸应力和拉伸黏度都有所降低。在测量过程中，应该适当的提高挤出速率，使熔体拉伸尽量接近于等温状态。

2.1.3 其他条件对拉伸黏度的影响

试验过程、拉伸加速度及测量轮对间的距离对聚丙烯拉抻黏度可能有一定的影响[4]，但影响效果需要试验进行验证。

2.2正交试验设计

测试CPP拉伸黏度的外部影响因素有：温度、测量轮对间的距离、拉伸加速度和挤出速率。本文用正交试验L9（34）来确定这4个因素对CPP拉伸黏度测试的影响效果。根据试验经验，确定正交试验的因素水平，见表1。

表1 CPP正交试验L9（34）因素水平表

2.3试验结果与处理

根据表1试验条件，按正交表L9（34）对CPPW0723F进行拉伸流变试验。本次正交试验的考察指标是拉伸黏度的相对平均偏差，由于1次试验的数据可能不具有代表性，因此每个试验重复进行3次，试验安排及处理结果见表2。

根据表2计算因素的F值，再与F分布表中查出的相应的临界值Fα(f因，fE)比较，判断各因素显著性的大小。通常，若F＞F0.01(f因，fE)，就称该因素是高度显著的，用2个星号表示；若F＜F0.01((f因，fE)，但F＞F0.05(f因，fE)，则称该因素的影响是显著的，用1个星号表示；若F＜F0.05(f因，fE)，就称该因素的影响是不显著的，不用星号表示。本次正交试验的结果方差分析结果见表3。

从表3中可看到温度、测量轮对间的距离、拉伸加速度的F值大于F0.10=2.668 17，说明温度、测量轮对间的距离、拉伸加速度对聚丙烯流延拉伸黏度的相对平均偏差的影响非常显著，挤出速率对测试结果的偏差影响不显著。

表2 CPPW0723F正交试验L9（34）结果与分析

表3 CPP重复观测值正交试验L9（34）的方差分析表

从表2的T1数据可看到，温度的水平1相对平均偏差最小（均小于10%），但从正交试验1～9的试验过程中来看，如果试验条件合适，温度的水平2及水平3拉伸黏度的相对平均偏差小于20%。测量轮对间的距离的最佳条件是水平2(0.25mm)；挤出速率的水平3(0.3mm·s-1)相对平均偏差最小；拉伸加速度的最佳条件是水平3(36mm·s-2)。最终通过表2确定了测试CPP拉伸黏度的试验条件。

2.4验证试验

为了验证活动效果，按确认的试验条件对W0723F、W725EF进行拉伸试验，其拉伸黏度的相对平均偏差见图1～图3。

图1 最佳试验条件下W0723F与W725EF拉伸黏度相对平均偏差分布图

从图1～图3可看到，最佳试验条件下W0723F与W725EF拉伸黏度的相对平均偏差均小于15%，可用试验条件下的相对平均偏差小于20%。在表4的试验条件下测试CPP拉伸黏度，其相对平均偏差应小于等于20%。

图2 165℃试验条件下W0723F与W725EF拉伸黏度相对平均偏差分布图

图3 170℃试验条件下W0723F与W725EF拉伸黏度相对平均偏差分布图

2.5标准化

标准产生的客观基础是科学、技术和实践经验的综合成果。测试实践经验表明，用正交试验设计找出了影响CPP拉伸黏度测试结果偏差较大的显著影响因素，用方差分析确定了CPP拉伸黏度相对平均偏差小于20%的测试条件。为了保证本次活动成果有效实施，将测试CPP拉伸黏度的条件纳入独山子石化公司研究院企业标准《聚烯烃熔体表观拉伸黏度的测试（拉伸主曲线法）》（Q/SY DS 04127—2014）。在以后的评价工作中运用该标准进行测试分析使测试结果具有可重复性，保证测试结果准确可靠。

2.6标准化应用

按确认的最佳试验条件：温度160℃；测量轮对间的距离0.25mm；拉伸加速度36mm·s-2；挤出速率0.3mm·s-1，对CPPW0723F、C5908、7632L、7642进行拉伸试验，拉伸黏度的相对平均偏差见表4。

表4 160℃时CPP的表观拉伸黏度相对平均偏差/%

从表4可看到，W0723F、C5908、7632L、7642均小于20%，该条件下W0723F、C5908、7632L、7642拉伸黏度的对比见图4。

图4 160℃时CPP的表观拉伸黏度曲线

聚合物的拉伸黏度随拉伸速率变化的规律与成形稳定性有关[5]，若拉伸黏度随拉伸速率的增大而增大，称为拉伸硬化行为，拉伸速率的增大有助于提高成形稳定性；而拉伸黏度随拉伸速率的增大而减小时称为拉伸软化行为。从熔体拉伸流动时发生的结构变化分析[6]，拉伸速率对拉伸黏度的影响呈双重作用：一方面，随着拉伸速率的提高，大分子链发生伸展并沿着拉伸流动方向取向，结果使拉伸黏度提高；另一方面，随着拉伸速率的提高，会发生大分子链解缠结，结果导致拉伸黏度下降。从图4中可看到，试验条件下W0723F的拉伸黏度随着拉伸速率的增大先下降再呈上升趋势，既不符合拉伸硬化行为，也不符合拉伸软化行为，这可能前期W0723F拉伸黏度的下降是由于大分子链解缠作用大于拉伸流动取向，那么其拉伸黏度呈下降趋势。当二者的作用达到平衡时，其拉伸黏度呈直线。拉伸速率进一步增大时，大分子链的拉伸取向大于解缠，因而其拉伸黏度呈上升趋势。C5908、7632L、7642的拉伸黏度随着拉伸速率的增大先下降到一定程度后达到稳定状态，呈拉伸软化行为。

W0723F的拉伸黏度远大于C5908、7632L、7642，而C5908、7632L、7642的拉伸黏度相近。在对W0723F、C5908、7632L、7642用流延方式生产薄膜时，W0723F与C5908、7632L、7642不能在相同的加工温度下进行生产，其加工温度要较C5908、7632L、7642高。

3 结论

通过本次正交试验确定了用Rheotens拉伸流变仪测试CPP拉伸黏度的试验条件，其相对平均偏差不大于20%。

将研究结果纳入独山子石化公司研究院企业标准《聚烯烃熔体表观拉伸黏度的测试（拉伸主曲线法）》(Q/SY DS 04 127—2014），可减少不必要的重复劳动、降低成本，通过标准化后得到的CPP拉伸流变数据详实可靠。

[1]林祥,任冬云,宋维宁.聚合物熔体或溶液拉伸黏度的研究状况[J].中国塑料,2009,23(4)：1-6.

[2]钟磊,梁基照.高密度聚乙烯熔体拉伸流动特性分析[J].华侨大学学报(自然科学版),2010,31(2)：149-152.

[3]王红英,胡徐腾,李振字,等.高熔体强度聚丙烯的制备与表征化[J].化学进展,2007,19(6)：932-958.

[4]吴春霜,张贵棉,关莉.正交法研究PE100管材料熔体强度影响因素[J].理化检验(物理分册),2014,50(1)：37-37.

[5]陈克权,张飚,张伟.聚对苯二甲酸丙二酯熔体拉伸流变性能研究[J].合成纤维,2004(2),4-6.

[6]朱桂新,张顺花,徐鑫灿.云母/聚丙烯共混物熔体的拉伸流变性能[J].复合材料学报,2012,29(4)：42-46.

The factors of influencing the extensional viscosity testing of CPP using rheotens include temperature,the disdance between measuring wheels,extrusion rate and stretching acceleration.The significance of the factors are studied by orthogonal experiment(L9(34))，and variance analysis result shows that,the influences of the temperature,the disdance between measuring wheels and the stretching ac⁃celeration are significant,and the influence of the extrusion rate is relatively not significant.The orthogonal experiment result shows that,the relative error of the extensional viscosity testing of CPP is not larger than 20%when the temperature is 160～170℃,the dis⁃dance between measuring wheels is 0.25 mm,the stretching acceleration is 36 mm·s-2,and the extrusion rate is 0.3 mm·s-1.The condi⁃tions are standardized,which reduces unnecessary repetitive work and ensures the repeatability and reliability of the test results.

cast polypropylene film(CPP);extensional viscosity;rheotens;orthogonal experiment;influencing factor;standardization

萍

2016-12-30

吴春霜（1970-），女，高级工程师，主要从事合成树脂的评价工作。