共聚聚丙烯拉伸流變性能研究

王晶　傅勇　徐振明　袁小亮　左勝武

(中國石化揚子石油化工有限公司南京研究院，江蘇 南京，210048)

共聚聚丙烯拉伸流變性能研究

王晶傅勇徐振明袁小亮左勝武

(中國石化揚子石油化工有限公司南京研究院，江蘇 南京，210048)

摘要：采用雙螺桿擠出方法，將3種共聚聚丙烯(PP)基料PPB，PPR和PPB-G按照不同配比進行共混。利用拉伸流變儀，研究了3種不同PP樹脂的熔體強度和拉伸流變行為。通過與小中空制品聚乙烯專用料HHM5502對比，討論了3種基料的熔體拉伸流變特征。結果表明：當PPB，PPR，PPB-G質量比分別為40∶20∶40和40∶35∶25時，可以得到同時具備高熔體強度和高熔體延展性的PP樹脂，二者的熔體強度均大于0.17 N，熔體可拉伸比也均超過了5。

關鍵詞：共聚聚丙烯拉伸流變熔體強度 拉伸比

聚丙烯(PP)是目前世界上應用最為廣泛、產量增長最快的樹脂之一，近年來已經發展成為汽車、建筑、電器、包裝等行業不可或缺的基本原料之一[1]。但通常情況下得到的PP具有優異的高熔體強度，卻不具有很好的熔體延展性。因此，開發同時具備高熔體強度和高熔體延展性的PP樹脂產品，才可以充分發揮PP在熱成型、吹塑成型和發泡成型工藝中的應用。

下面采用雙螺桿擠出方法，將3種共聚PP基料按照不同比例進行共混，得到了不同配比的共混PP。通過拉伸流變儀，對不同基料PP和不同配混料PP的熔體強度和熔體延展性進行了研究。

1試驗部分

1.1主要原料及儀器設備

嵌段共聚PP(PPB)，熔體流動速率(MFR)為2.0 g/10 min，無規共聚(PPR)，MFR為0.25 g/10 min，嵌段PP(PPB-G)，MFR為0.4 g/10 min，均為揚子石油化工有限公司；小中空制品聚乙烯(PE)專用料，HHM5502，中國石油化工股份有限公司茂名分公司。RT2000型高壓毛細管流變儀，Rheotens71.97型擠出式熔體拉伸流變儀，均為德國G?ttfert公司；LHFS1-271022型雙螺桿擠出機，德國Labtech公司。

1.2共混PP的制備

將PPB，PPR和PPB-G按不同配比共混后經雙螺桿擠出造粒，得到不同配比的PP配混料。雙螺桿各區的溫度分別為165，205，220，230，230，230，230，230，230 ℃，模頭溫度為230 ℃，螺桿轉速為200 r/min。

1.3測試與表征

在熔體拉伸流變儀上測定不同基料和不同配混料PP的拉伸流變性能。

2結果與討論

2.1不同PP基料的熔體強度及拉伸流變行為

圖1是3種PP基料和PE HHM5502的熔體強度曲線。

圖1　3種PP基料和PE專用料的熔體強度分析

從圖1可以看出， PPR具有最強的熔體強度，約是PE HHM5502的4倍； PPB的熔體強度最小，約只有PE HHM5502的五分之一。另一方面，PPR顯示了最小拉伸比，即熔體易出現“頸縮”，熔體延展性較差，很容易發生熔體斷裂，而熱成型、吹膜成型和發泡等加工工藝中對熔體強度和熔體的延展性要求均較高。PE HHM5502在熔體強度和熔體延展性之間擁有很好的平衡，即在保持較高的熔體強度下，仍具有很好的拉伸比。

圖2是3種PP基料和PE HHM5502的拉伸應力曲線。

圖2 3種PP基料和PE專用料拉伸應力分析

由圖2可以發現，在拉伸比小于2時，PPR和PPB-G的熔體拉伸應力均比相同拉伸比下PE HHM5502的要高，說明熔體能承受外力的能力較顯著，然而在較高拉伸比(大于2)下，PPR和PPB-G均發生熔體斷裂現象，拉伸應力急劇下降，而PE HHM5502隨著拉伸比增加拉伸應力不斷增大，有較明顯的“應力硬化”現象，此拉伸流變行為也是PE HHM5502可廣泛應用于吹塑成型制備小中空制品的內在因素。此外，PPB隨著拉伸比增加，拉伸應力也不斷增大，但是PPB的拉伸應力卻比PE HHM5502小很多，因此熔體抵抗外力的能力明顯不如PE HHM5502的。

圖3是3種PP基料和PE HHM5502的拉伸黏度曲線。

圖3 3種PP基料和PE專用料拉伸黏度分析

從圖3可以看出，PPR和PPB-G在較低的拉伸應變速率下具有較高的拉伸黏度，卻不具備較好的熔體延展性，而PE HHM5502在較高的拉伸應變速率下，仍能保持較高的拉伸黏度，該結果也與拉伸應力曲線有很好的一致性。

2.2PP配混料的配方及其拉伸流變行為

將PPB單獨與PPB-G或者PPR進行共混造粒，得到PPB和PPB-G或者PPB和PPR配混料，具體配比見表1。

表1　PPB與其他基料的共混配方　質量份

配混后得到的PP拉伸流變曲線如圖4所示。

圖4 PP共混料與PE專用料熔體強度分析

從圖4可以看出，樣品PP1具有較高的熔體強度，卻具有較低的熔體拉伸比；PP2的拉伸比明顯增加，但熔體強度卻下降明顯，也就導致其抵抗外力的能力大大下降；另一方面，PP3和PP4與圖1中的PPR基料相比，其熔體強度均明顯下降，而熔體延展性方面改善也不明顯。由此可見，通過單獨共混2種基料的方式并不能得到同時具有較高熔體強度和較高熔體拉伸比的PP樹脂。

表2　3種PP基料的共混配方

基于上述結果，進一步將3種PP基料按表2配方進行了共混，得到三者共混PP樹脂，所對應的拉伸流變曲線如圖5所示。

從圖5可以看出，在各組配混料中，當PPB，PPR和PPB-G的質量配比分別為40∶20∶40(PP7)和40∶35∶25(PP11)時，所得到的共混PP與PE HHM5502的拉伸流變行為最為相似，2種樹脂的熔體強度均大于0.17 N，同時熔體可拉伸比也較高。

圖6是樣品PP7,PP11與PE HHM5502的拉伸應力曲線對比。

圖5 不同配比下PP共混物的熔體強度分析

圖6 PP7和PP11與PE專用料拉伸應力分析

從圖6可以看出，PP7和PP11具有與PE HHM5502相似的拉伸應力行為，熔體能夠抵抗較強外力的同時也具有較大的可拉伸性，二者的可拉伸比均大于5，而且隨著拉伸比的增加，拉伸應力也不斷增加。

3結論

a)3種共聚PP中，PPR熔體強度最高，但可拉伸性最差；PPB具有較好的熔體可拉伸性，熔體強度卻較低。

b)將PPB單獨與PPB-G或者PPR共混時，得到的PP樹脂無法同時具備較高的熔體強度和較好的熔體延展性。

c)將PPB，PPR和PPB-G三者進行共混，當共混比例分別為40∶20∶40和40∶35∶25時，所得到的PP與PE HHM5502具有相似的熔體拉伸流變行為，此時樹脂的熔體強度均大于0.17 N，同時其熔體延展性也較高，熔體可拉伸比均超過5。

參考文獻

[1]徐瑩. 高流動透明聚丙烯的應用研究及市場發展[J]. 國外塑料，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。

作者簡介：王晶,男,博士,主要從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