吳春霜 張貴棉 朱軍

(1.中國(guó)石油天然氣股份有限公司獨(dú)山子石化分公司研究院，新疆 克拉瑪依，833699；2.新疆維吾爾自治區(qū)橡塑重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，新疆 克拉瑪依，833699)

分析測(cè)試

正交法優(yōu)選CPP拉伸黏度測(cè)試條件

吳春霜1,2張貴棉1,2朱軍1,2

(1.中國(guó)石油天然氣股份有限公司獨(dú)山子石化分公司研究院，新疆 克拉瑪依，833699；2.新疆維吾爾自治區(qū)橡塑重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，新疆 克拉瑪依，833699)

用Rheotens拉伸流變儀測(cè)試聚丙烯流延膜(CPP)拉伸黏度的影響因素有溫度、測(cè)量輪對(duì)間的距離、擠出速率、拉伸加速度，通過(guò)正交試驗(yàn)研究影響因素的顯著性。方差分析結(jié)果表明，溫度、測(cè)量輪對(duì)間的距離、拉伸加速度對(duì)拉伸黏度的影響顯著，擠出速率影響不明顯。確定了測(cè)試CPP拉伸黏度的合適條件，使測(cè)試結(jié)果相對(duì)平均偏差不大于20%。

聚丙烯流延膜 拉伸黏度 拉伸流變儀 正交試驗(yàn)

拉伸流動(dòng)在許多聚合物加工過(guò)程(如中空吹塑、擠出、紡絲等)中都是重要的流動(dòng)形式，對(duì)工藝過(guò)程和制品性能會(huì)產(chǎn)生重要影響。深入了解各種聚合物材料體系的拉伸流變性能，能夠有效地優(yōu)化生產(chǎn)過(guò)程和提高產(chǎn)品質(zhì)量。拉伸黏度分為瞬態(tài)拉伸黏度和穩(wěn)態(tài)拉伸黏度[1]。在聚合物紡絲、吹膜

流場(chǎng)中，拉伸流動(dòng)是個(gè)瞬態(tài)發(fā)展過(guò)程，與瞬態(tài)拉伸黏度密切相關(guān)。當(dāng)前測(cè)定瞬態(tài)拉伸黏度的聚合拉伸流變儀有Rheometric Scietific公司的RME型拉伸流變儀和Gottfert公司的Rheotens拉伸流變儀。有報(bào)道稱(chēng)Rheotens拉伸流變儀測(cè)試?yán)祓ざ纫子诓僮?，?shù)據(jù)重現(xiàn)性好[2]，也有文獻(xiàn)說(shuō)Rheotens拉伸流變儀主要用于聚烯烴熔體強(qiáng)度的測(cè)試，測(cè)試聚烯烴的拉伸黏度時(shí)重復(fù)性不好[3]。作者在使用 Rheotens拉伸流變儀測(cè)試聚丙烯流延膜(CPP)的拉伸黏度時(shí)發(fā)現(xiàn)，測(cè)試結(jié)果偏差較大，下面通過(guò)優(yōu)化測(cè)試條件解決了這個(gè)問(wèn)題。

1 試驗(yàn)部分

1.1 原料

CPP，1#，熔體流動(dòng)速率(2.16 kg)7.30 g/10min；2#，熔體流動(dòng)速率(2.16 kg)7.90 g/10min，中國(guó)石油獨(dú)山子石化公司；3#，熔體流動(dòng)速率(2.16 kg)8.40 g/10min，中國(guó)石化北京燕山石油化工有限公司；4#，熔體流動(dòng)速率(2.16 kg)6.50 g/10min，新加坡Asahi Kasei Plastics Inc公司；5#，熔體流動(dòng)速率(2.16 kg)，6.70 g/10min，韓國(guó)三星綜合化學(xué)公司。

1.2 儀器

毛細(xì)管流變儀，Rheo-Tester 2000，德國(guó)Gottffert公司。熔體拉伸流變儀，Rheotens 71.97型，德國(guó)Gottffert公司。

1.3 計(jì)算方法

在測(cè)量過(guò)程中，每一料筒原料測(cè)試10次，由計(jì)算機(jī)擬合得到10次數(shù)據(jù)的平均值，計(jì)算測(cè)量結(jié)果的相對(duì)平均偏差，相對(duì)平均偏差越小則表明結(jié)果的重復(fù)性越好，表示原料在此條件下的穩(wěn)定性也越好。

2 結(jié)果與討論

2.1 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)

測(cè)試CPP拉伸黏度的外部影響因素有：溫度(A)、測(cè)量輪對(duì)間的距離(B)、擠出速率(C)和拉伸加速率(D)[4]。下面用正交試驗(yàn)L9(34)來(lái)確定這4個(gè)因素對(duì)CPP拉伸黏度測(cè)試的影響效果。根據(jù)試驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)，確定正交試驗(yàn)的因素水平，見(jiàn)表1。

2.2 試驗(yàn)結(jié)果與處理

根據(jù)表1中試驗(yàn)條件，按正交表L9(34)對(duì)CPP1#進(jìn)行拉伸流變?cè)囼?yàn)?？疾熘笜?biāo)是拉伸黏度的相對(duì)平均偏差，每個(gè)試驗(yàn)重復(fù)3次。

表1 CPP正交試驗(yàn)L9(34)因素水平表

試驗(yàn)安排及處理結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 CPP 1#正交試驗(yàn)L9(34)結(jié)果與分析

注：Tt為所有水平的相對(duì)平均偏差的和，Ti為水平i的相對(duì)平均偏差的和。

根據(jù)表2可計(jì)算因素的F值(將各因素的平均離差的平方和與誤差的平均離差平方和相比得出F值)，再與F分布表中查出的相應(yīng)的臨界值Fα比較，判斷各因素顯著性的大小。通常，若F>F0.01(F0.01=2.6681)，就稱(chēng)該因素是高度顯著的；若FF0.05(F0.05=3.6337)，則稱(chēng)該因素的影響是顯著的；若F

因素A(溫度)、因素B(測(cè)量輪對(duì)間的距離)、因素C(擠出速率)因素D(拉伸加速度)的F值分別為8.05，6.35，0.17，3.71。說(shuō)明因素A、因素B、因素D對(duì)CPP拉伸黏度的相對(duì)平均偏差的影響非常顯著，因素C對(duì)測(cè)試結(jié)果的偏差影響不顯著。

從表2的Ti數(shù)據(jù)可看到，因素A的水平1相對(duì)平均偏差最小(均小于10%)，但從正交試驗(yàn)1～9的試驗(yàn)過(guò)程中來(lái)看，如果試驗(yàn)條件合適，因素A的水平2及水平3拉伸黏度的相對(duì)平均偏差小于20%。因素B的最佳條件是水平2；因素C的水平3相對(duì)平均偏差最??；因素D的最佳條件是水平3。正交試驗(yàn)L9(34)確定的測(cè)試CPP拉伸黏度的最佳試驗(yàn)條件為熔體溫度160 ℃；測(cè)量輪對(duì)間的距離0.25 mm；拉伸加速度36 mm/s2；擠出速率0.3 mm/s。

將CPP拉伸黏度的測(cè)試條件及相對(duì)平均偏差(不大于20%)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化后得到的CPP拉伸流變數(shù)據(jù)詳實(shí)可靠，可為實(shí)際生產(chǎn)提供更為有力的支持。

2.3 應(yīng)用

按確認(rèn)的最佳試驗(yàn)條件對(duì)1#，2#，3#，4#，5#進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，拉伸黏度的相對(duì)平均偏差均小于15%。該條件下1#，2#，3#，4#，5#拉伸黏度的對(duì)比見(jiàn)圖1。

聚合物的拉伸黏度隨拉伸速率變化的規(guī)律與成形穩(wěn)定性有關(guān)，若拉伸黏度隨拉伸速率的增大而增大，稱(chēng)為拉伸硬化行為，拉伸速率的增大有助于提高型穩(wěn)定性；而拉伸黏度隨拉伸速率的增大而減小時(shí)稱(chēng)為拉伸軟化行為[5]。從圖1中可看到，試驗(yàn)條件下1#，2#的拉伸黏度隨著拉伸速率的增大先下降再呈上升趨勢(shì)，既不符合拉伸硬化行為，也不符合拉伸軟化行為，這可能是由于拉伸速率低時(shí)大分子鏈解纏作用大于拉伸流動(dòng)取向，那么其拉伸黏度呈下降趨勢(shì)。當(dāng)二者的作用達(dá)到平衡時(shí)，其拉伸黏度呈直線。拉伸速率進(jìn)一步增大時(shí)，大分子鏈的拉伸取向大于解纏，因而其拉伸黏度呈上升趨勢(shì)。3#,4#,5#，呈拉伸軟化行為。

圖1 160 ℃時(shí)CPP的拉伸黏度曲線

1#的拉伸黏度略大于2#，且遠(yuǎn)大于3#，4#，5#，而3#，4#，5#的拉伸黏度相近。在對(duì)1#，2#，3#，4#，5#用流延方式生產(chǎn)薄膜時(shí)，1#，2#的加工條件相似，但與3#，4#，5#不能在相同的加工溫度下進(jìn)行生產(chǎn)，其加工溫度要較3#，4#，5#高。

3 結(jié)論

a) 通過(guò)正交試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，用Rheotens拉伸流變儀測(cè)試CPP拉伸黏度時(shí)，溫度、測(cè)量輪對(duì)間的距離、拉伸加速度對(duì)結(jié)果影響顯著，并確定了最佳試驗(yàn)條件：溫度為160 ℃；測(cè)量輪對(duì)間的距離為0.25 mm；拉伸加速率為0.3 mm/s2；擠出速率為0.3 mm/s。確保CPP拉伸黏度的相對(duì)平均偏差不大于20%。

b) 將上述測(cè)試條件標(biāo)準(zhǔn)化后，能夠提高測(cè)量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性，可為CPP產(chǎn)品后加工提供可靠的建議。

[1] 林祥,任冬云,宋維寧.聚合物熔體或溶液拉伸黏度的研究狀況[J].中國(guó)塑料,2009，23(4)：1-6.

[2] 王紅英，胡徐騰，李振字，等.高熔體強(qiáng)度聚丙烯的制備與表征[J].化學(xué)進(jìn)展，2007，19(6)：932-958.

[3] MEISSNER J, HOSTETTLER J. A new elongational rheometer for polymer melts and other highly viscoelastic liquids[J]. Rheol Acta,1994,33(1):1-21.

[4] 吳春霜，張貴棉，關(guān)莉.正交法研究PE100管材料熔體強(qiáng)度影響因素[J].理化檢驗(yàn)(物理分冊(cè))，2014，50(1)：37.

[5] 陳克權(quán)，張飚，張偉.聚對(duì)苯二甲酸丙二酯熔體拉伸流變性能研究[J].合成纖維，2004，33(2)，4-6.

Research on Test Condition of Elongational Viscosity of CPP Using Orthogonal Method

Wu Chunshuang1,2Zhang Guimian1,2Zhu Jun1,2

(1. Research Institute of Dushanzi Petrochemical Company,Kelamayi, Xinjiang 833699;2.Xinjiang Uygur Autonomous Region Key Laboratory of Rubber and Plastic Materials, Kelamayi Xinjiang, 833699)

Temperature, distance of take-off-wheel pair, extrusion rate and tensile acceleration influence the elongational viscosity of polypropylene cast film (CPP) tested by Rheotens. The factors influencing the elongational viscosity were analyzed by orthogonal experiment. The analysis of variance shows temperature, distance of take-off-wheel pair and tensile acceleration are important,and extrusion rate is insignificant. The optimum test conditions of CPP elongational viscosity with Rheotens were confirmed. The relative average deviation of CPP elongational viscosity is less than or eqution to 20% under this test condition.

polypropylene cast film; elongational viscosity; extensional rheometer; orthogonal design

2015-12-03;修改稿收到日期:2016-09-28。

吳春霜，女，副高級(jí)工程師，主要從事合成樹(shù)脂的流變分析研究。E-mail:yjy_wcs@petrochina.com.cn。

10.3969/j.issn.1004-3055.2016.06.011