聚丙烯3240NC与同类产品的流变性能对比研究

王 芳，何 艳，田广华

(神华宁夏煤业集团煤制油化工研发中心，宁夏银川 750411)



聚丙烯3240NC与同类产品的流变性能对比研究

王 芳，何 艳，田广华

(神华宁夏煤业集团煤制油化工研发中心，宁夏银川 750411)

通过熔体流动速率仪、毛细管流变仪和旋转流变仪等手段研究了聚丙烯3240NC及同类牌号产品的流变性能。结果表明，三个样品的熔体流动速率从小到大依次为3240NC

无规共聚聚丙烯，毛细管流变，旋转流变，流变性能

无规共聚聚丙烯(PPR)是由丙烯和少量共聚单体(共聚单体质量分数通常为1%～7%)，主要为乙烯，有时也用1-丁烯和1-己烯，在一定温度、压力和催化剂作用下无规共聚得到的聚合物，共聚单体随机地嵌入丙烯长链中，其中75%的乙烯单体是以一个单体形式插入等规聚丙烯的分子链中[1-2]。PPR中共聚单体的引入对密度影响不大，其密度比均聚聚丙烯稍低，为0.89g/m3～0.90g/m3，但是热学性能、力学性能和光学性能等都受到了影响，与均聚物有较明显的差别。随着共聚单体含量的增加，无规共聚聚丙烯与等规均聚聚丙烯的性能差别进一步增大。

神华宁夏煤业集团有限责任公司现有两套年产50万吨Novolen工艺气相法聚丙烯装置，目前已排产多种牌号的煤基均聚聚丙烯和煤基抗冲共聚聚丙烯，煤基无规共聚聚丙烯则是待生产的聚丙烯品种。本文对拟排产的3240NC及其市场同类产品K4912和R370Y的流变性能进行了系统的对比研究，可为PPR产品提供技术支持和有益参考。

1 实验部分

1.1 实验原料

聚丙烯：3240NC，南非沙索；R370Y，南韩SK；K4912，上海石化。

1.2 设备仪器

熔融指数仪：Haake-swo556-0031，德国哈克公司；毛细管流变仪：RH 7，英国马尔文公司；旋转流变仪：DHR-2，美国TA Instrument。

1.3 测试与表征

1.3.1 熔体质量流动速率测试

按照GB/T 3682-2000测试熔体质量流动速率，测试温度为230℃，载荷为2.16 kg。

1.3.2 毛细管流变测试

下端口模分别采用32mm×1mm 毛细管口模和零口模。料筒升温至200℃使样品充分熔融，消除热历史，再控制料筒和样品温度为200℃，测试采用恒压模式，用活塞挤出熔体，同时测量活塞推力和料筒内压强，分八个试验点，测定20s-1～10000s-1范围内的剪切速率与熔体粘度的关系。考察210℃和230℃下，剪切速率与熔体粘度的关系。此外，在200℃下，测试剪切速率分别为100s-1、200s-1、300s-1、400s-1、500s-1、600s-1、700s-1、800s-1、900s-1、1000s-1时，聚丙烯熔体从1mm直径毛细管挤出的挤出胀大直径。

1.3.3 旋转流变测试

利用应力控制型流变仪对样品进行了振荡频率扫描和稳态剪切扫描，研究了样品的粘度、模量的剪切速率依赖性和温度依赖性。进行流变测试前，所有的样品均在测试温度恒温处理2min以消除热历史。实验中所使用的夹具为平行板夹具，直径为25mm，板间距为1mm，测试温度为180℃、200℃和230℃。

2 结果与讨论

2.1 熔体质量流动速率分析

三个聚丙烯样品的熔体流动速率测试结果如表1所示。从中可知，在相同的测试条件下，三个样品的熔体流动速率从小到大依次为3240NC

表1 三种PP样品的MFR

2.2 毛细管流变分析

2.2.1 不同温度下样品的剪切粘度随剪切速率的变化

图1 三个样品在180℃、200℃、220℃下剪切粘度 随剪切速率的变化

图1是三个样品在180℃、200℃、220℃下表观粘度随剪切速率变化的关系。可以看出，三个样品均随着剪切速率的增加，其粘度明显下降，表现为剪切变稀，当温度升高至220℃时，随剪切速率的增加，剪切变稀的趋势有所增加，但相对较小。因此，一般加工时调节压力和螺杆转速来改变熔体的流动性比提高温度更加有效和安全。

在相同温度(180℃、200℃及220℃)下三个样品的表观粘度随剪切速率变化的关系的对比图见图2。如图2所示，3240NC的熔体粘度最大，R370Y的熔体粘度最小，K4912的熔体粘度处于中间。随着温度的升高，各样品的熔体粘度均有不同程度的降低。一般来说，粘度-剪切速率(η-γ)关系曲线中高剪切速率范围(102s-1～104s-1)对应的是样品挤出、注塑加工时的剪切范围，在此范围内表观粘度越低的越有利于加工[4]。可以看出，三个样品均具有较好的加工性能。

图2 三个样品在相同温度下剪切黏度随剪切速率的变化

2.2.2 不同剪切速率下的样品挤出胀大直径的变化

表2列出不同剪切速率时三个样品的挤出胀大直径。由结果可知，在测试条件200℃下，挤出胀大现象随剪切速率的增大而变得明显，但是在测试的剪切速率范围内未出现熔体破裂现象，说明这些样品具有良好的挤出稳定性。这是由于随着剪切速率的增大，熔体中分子链的取向和变形程度增大，分子链受到拉伸力产生拉伸弹性形变；同时由于熔体在毛细管中流速加快，其在毛细管流道中的停留时间变短，已取向和变形的分子链来不及松弛即被挤出毛细管，离开毛细管后分子链松弛到卷曲状态，导致离开出口之后分子链的弹性形变增大，因此熔体的挤出胀大值增大。

表2 三个样品不同剪切速率下的挤出胀大直径

2.3 旋转流变分析

2.3.1 动态频率流变性能分析

动态频率扫描指在恒定应变下测量材料随频率的响应。在进行动态频率扫描之前首先进行了应变扫描确定线性黏弹区。图3给出了三个样品的应变扫描曲线。从图中可以看出三个样品的储能模量在很大的应变范围内保持不变，说明样品的线性黏弹区范围很广，为了动态实验的准确性，在接下来的动态扫描中所使用的应变均为5%。

图3 三个样品的应变扫描曲线

图4给出了三个样品的储能模量G′、损耗模量G″随频率的变化曲线。从图中可以看出，在180℃时，G′/G″交点对应的模量从大到小依次是3240NC>K4912>R370Y，G′/G″交点对应的频率从小到大依次为K4912

图4 180℃下三个样品模量随频率的变化曲线

图5为三个样品的复数粘度η*随频率的变化情况，在扫描频率范围内复数粘度η*从小到大依次是：R370Y≤K4912<3240NC，这一顺序与各样品重均分子量的大小有一定的对应关系，即复数粘度大的样品具有较高的分子量。

图5 180℃下三个样品复数粘度随频率的变化曲线

2.3.2 稳态频率流变性能分析

当稳态剪切速率足够低时，得出的粘度可以看作是零切粘度，通过不同样品零切粘度的大小，可以对比样品相对分子量的大小。图6是样品在180℃下的粘度-剪切速率曲线，从图中可以看出，在很低的剪切速率<0.01s-1下，样品的零切粘度大小依次是R370Y>3240NC>K4912。这说明样品的平均分子量从大到小依次是R370Y>3240NC>K4912。

图6 180℃下三个样品剪切粘度随剪切速率的变化情况

3 结论

(1)三个样品的熔体流动速率从小到大依次为3240NC

(2)三个样品均随着剪切速率的增加，其粘度明显下降，表现为剪切变稀；在相同温度下熔体粘度从小到大依次为R370Y

(3)三个样品的旋转流变性能略有不同，这表明三个样品的分子量及分子量分布也不相同。

[1] 洪定一.聚丙烯——原理、工艺与技术[M]. 北京：中国石化出版社，2002.

[2] 王芳，宋美丽，张彩霞，等.无规共聚聚丙烯熔体流变性能研究[J].山东化工，2014，43(12)：4-7.

[3] 王全华，付中玉.熔融指数对聚丙烯熔体流动性及纤维强度的影响[J].北京服装学院学报，2004(4)：28-29.

[4] 田广华，焦旗，杨坚，等.聚丙烯1102K流变性能的研究[J].塑料工业，2014，42(8)：89-92.

Comparative Study on Rheological Property of Polypropylene 3240NC and Similar Products

WANG Fang，HE Yan，TIAN Guang-hua

(R & D and Training Center of Shenhua Ningxia Coal Group，Yinchuan 750411，Ningxia，China)

The melt flow rate apparatus，capillary rheometer and rotary rheometer were used to study the rheological property of polypropylene 3240NC and similar products. The results indicated that the MFR of three samples increased in the order 3240NC

polypropylene random copolymer (PPR)，capillary rheological，rotary rheological，rheological property

TQ 325.1+4