超声辐照对聚烯烃材料的性能影响

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聚烯烃材料是需求量最大的常用塑料,在生产聚烯烃材料制品时,往往由于其较高的熔体黏度,增加了企业的生产成本,再者,人们对聚烯烃材料制品的质量及要求日益提高,各国学者对聚烯烃做了大量的研究工作,而超声辅助成型在聚烯烃材料中的应用也应运而生,但由于超声辅助成型对聚合物的性能影响较为复杂且技术还不够成熟,应用在企业的实际生产中有一些困难。因此研究超声辐照对聚烯烃材料的性能影响规律,为实际生产时超声辅助成型的应用提供参考就显得尤为重要。本文以高密度聚乙烯(HDPE)、聚丙烯(PP)两种常见的聚烯烃材料作为研究对象,对两种聚烯烃材料进行不同的超声辐照参数方案设计,制得不同超声辐照参数下的聚烯烃材料试样,再分别对两种试样进行分子量及交联度检测,通过同步热分析仪(TGA)及差示扫描量热仪(DSC)熔融曲线分析其热稳定性变化,通过X射线衍射仪(XRD)及DSC结晶曲线分析其结晶性影响,通过旋转流变仪分析其流变性能变化。基于以上的实验结果,得出不同超声参数聚烯烃材料的性能影响的内在规律。研究得出:(1)超声辐照会使得聚烯烃材料的分子链发生断裂,分子量降低,同时,分子之间交联程度提高,但聚烯烃分子量的降低有个极限值,趋于极限值时降低开始变得缓慢。(2)超声辐照会使得聚烯烃材料的熔融温度都有个先下降后上升的过程,在熔融温度达到最大时比未辐照的试样熔融温度要高,这在一方面证实了超声辐照可使得聚烯烃材料热稳定性得到提升;另一方面,HDPE的5%失重温度在400W的超声功率辐照15min后提升最大,其5%失重温度比未辐照的HDPE 5%失重温度提高了近26%,而PP的5%失重温度在300W的超声功率辐照10min后提升最大,其5%失重温度比未辐照的PP5%失重温度提高了近6.3%。(3)超声辐照对聚烯烃材料结晶度也有影响,在超声功率和超声辐照时间较小的情况下,结晶度有所升高,随着功率的继续提高及时间的加长,由于交联度提高成主要因素,结晶度开始下降。超声辐照存在细化晶粒的作用,且超声功率越大,辐照时间越长,晶粒尺寸越小。但超声辐照对聚烯烃材料的晶体结构未发现有影响。(4)超声辐照处理聚烯烃材料能有效降低体系黏度,改善流变性能,利于加工成型,提高生产效率。HDPE在400W的超声功率下辐照10min时是剪切黏度达到最小,而后剪切黏度有所回升,此时的超声参数最利于加工成型;超声辐照处理PP能有效降低在1Hz~10Hz的振荡频率下的复数黏度,改善了流变性能,参数为在300W的超声功率下辐照10min时是复数黏度达到最小,利于加工成,且超声辐照会使得PP的储能模量升高,提高了 PP抵抗形变的能力。
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