聚丙烯挤出发泡中_熔体破裂_现象分析
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聚丙烯(PP)泡沫塑料是20世纪70年代初开发的一种新型材料,它除具有一般发泡制品已知的特点外,还有良好的热稳定性、耐应力开裂性能及较高的拉伸强度和冲击强度,而且具有良好的可回收性,有利于环保。
所有的这些特点使得PP泡沫塑料在汽车、包装、日用品和结构材料等各个领域具有显著的优越性。
目前,国外少数国家如美国、德国及意大利等已经实现了PP泡沫塑料的工业化生产。
我国近些年才开始PP泡沫塑料方面的研究,至今技术仍不成熟,工业化生产还处于起步阶段。
1 PP发泡中的普遍问题PP发泡研究中普遍存在的问题是PP为结晶性聚合物,结晶度较高,在温度到达结晶熔融温度后,其熔体粘度迅速下降,使发泡过程中产生的气体很难保持住。
因此如何提高PP的熔体强度是其发泡成型中一个必须解决的问题。
2 提高PP熔体强度的方法为了解决PP的发泡问题,必须改善PP的熔体强度。
目前主要有下列4种方法,即采用高熔体强度PP(HMSPP)、PP部分交联、PP共混改性、PP/无机物复合材料。
2.1 采用HMSPP分子中含有支链结构的PP即为HMSPP。
HMSPP的熔体强度一般是普通PP的1.5-15倍。
长支链结构改变了普通PP所具有的应变软化的特征,改善了PP在加工过程中的缺陷。
20世纪90年代,HMSPP在发泡成型方面的优势开始显现。
1992年,J.J. Park等采用HMSPP进行发泡成型研究,发现HMSPP可以有效阻止气体流失,减少泡孔合并,提高PP泡沫塑料的体积膨胀率。
2002-2004年,H.E. Naguib等研究发现,在使用CO2和异戊烷作发泡剂进行挤出发泡时,HMSPP所得制品与线性PP相比,泡孔密度小,泡孔合并现象少。
2006年,Y.Masayuki等在研究中指出,HMSPP的拉伸粘度明显高于普通PP,熔体强度提高。
2007年Hee-Soo Kim等用不同分子量的马来酸酐对PP进行接枝然后进行后处理,发现在一定范围内,PP的分子量越高,接枝后PP的热稳定性越好,熔体强度提高。
聚丙烯管材挤出成型故障的排查(3)螺杆温度太高.应适当降低.?内壁I凸不故障分析及排除方法:(1)螺杆转速太快.应适当减慢.(2)螺杆温度太高.应向螺杆内通人冷水或冷风,适当降低螺杆温度.l故障排查I?表面划痕故障分析及排除方法:(1)口模内壁有残存余料.廊清理机头,去除存料.(2)模15碰毛.应去除毛刺,研磨修光.聚丙烯管材挤出成型故障的排查?外壁毛糙故障分析及排除方法:(1)机头温度太低.应适当提高.(2)冷却定型环供水量太多.应适当减少.(3)原料内混入杂质.应清洁原料或换用新料.(4)定径套上粘附杂质.应清除杂质或调换定径套.?局部托薄透明故障分析及排除方法:(1)机头温度太高.应适当降低.(2)冷却定型环供水量太小.应适当加大.●?管壁太厚或太薄故障分析及排除方法:(1)牵引速度太快或太慢.应适当控制牵引速度.(2)挤出量太大或太小.应适当调整挤出量.?内壁不光滑故障分析及排除方法:(1)芯模上粘附了杂质或光洁度太差.应清除杂质或提高芯模的表面光洁度.(2)气塞橡皮不圆,带有尖角.应换用新的气塞.?内壁凹坑(见图)故障分析及排除方法:(1)原料潮湿.应进行预干燥处理.(2)压缩空气中带有冷凝水.应设法减少气体中的水分含量,如降低环境湿度等.?内壁有螺纹或竹节故障分析及排除方法:(1)机头温度不均匀或局部温度太高.应调整均匀.(2)压缩空气压力太低.应适当提高.?拉断或拉不出故障分析及排除方法:(1)机头设计不合理.应进行修整.(2)冷却定型环供水量太大或太小.应适当控制.(3)压缩空气供给量太大.应适当减小.(4)气塞橡皮太硬.应换用新的气塞.(5)牵引速度太快.应适当减慢.?椭圆及弯曲故障分析及排除方法:(1)芯模和口模不同心.应调节相互间隙,使之同心.(2)机头加热不均匀.应调整加热温度,使之均匀.(3)管材周围冷却水的供水量不均匀.应适当调整冷却水流向和流量.(4)管材浮力太大.应改变冷却方法,减少浮力,如采用风冷或风,水结合的冷却方法.(5)牵引机橡皮输送带问隙太小,夹得过紧.应调整输送带间隙.(6)机头,冷却水槽和牵引机不在一条直线上.应适当调整三者的相对位置,使之排列在一条直线上. 睡望!!墅堕2(3(36/'67:3。
PVC发泡板挤出过程中常出现的问题在PVC发泡板挤出过程中,碰到的问题基本可以归为5类,一是稳定性问题;二是熔体强度问题;三是润滑问题;四是分散问题。
这五类问题特别是前三类问题会相互制约,交叉影响,从表面现象看有时很难立刻分清楚,要说方观察分析,找到问题根源才能根本解决。
1. 稳定性不足,会影响整个板面,板面发黄,发泡片材脆性大2. 熔体强度不足会导致发泡片泡孔大,纵切面泡很长。
判断熔体强度是否不足,最直接的办法是到三辊后面用手指按压包在中辊上的板材,熔体强度好按压时能感觉到弹性。
若按压后很难弹起,说明熔体强度较差。
因为螺杆结构和冷却方式差别较大,很难判断温度是否合理,一般来说,在挤出机允许的负荷内,3—5区温度以低为好。
在发泡管材中要想获得发泡均匀制品,也需要保证PVC物料有良好的融体强度。
所以发泡调节剂的质量和型号至关重要,当然黄白发泡剂也要配合好。
3. 润滑剂润滑剂分为外润滑剂和内润滑剂,外滑有利于脱模,对板材表面的光洁性有好处,外滑太少,挤出机5区温度不易控制,易升温,这会导致合流芯温度高,板材中间出大泡、串泡、发黄等问题,板材表面也不光滑;外滑多,析出会变得严重,表现在模具内的结构和板材表面外滑的析出,也会表现为某些个别现象在板面上不定期的来回移动。
内滑有利于塑化和熔体的流动性,内滑不足板面难以控制厚度,表现为板材中间厚两边薄;内滑多,易出现合流芯温度高的现象。
4. 分散不好会带来板材表面不光滑的现象工艺温度控制问题:上面提到的四个问题属于根本性问题,是基础,是深层次问题。
相对于上面四个问题,工艺温度控制则要直观得多,是表面问题,但温度控制不好,会诱发根本问题的出现。
提高加工工艺温度,材料稳定时间会降低,出现稳定性问题;原有的润滑平衡会被打破,一般表现为外润滑不足,特别是后期外润滑,需提高外润滑添加量;温度提高也会导致熔体强度降低,发泡片材泡孔增大,泡孔数量减少,片材发脆易断裂;温度提高降低了熔体强度也会降低熔体粘度,粘度降低剪切分散能力降低,对分散能力不强的螺杆而言,有时会出现分散不均匀。
PP材料各种加工工艺的缺陷和对策PP(聚丙烯)是一种常见的热塑性塑料,具有低密度、高熔点和良好的耐化学性能。
在加工过程中,常见的工艺包括注塑、吹塑、挤出等。
不同的加工工艺会产生不同的缺陷,下面将分别介绍这些缺陷及相应的对策。
1.注塑缺陷及对策:(1)翘曲:注塑成型时,由于注射压力不均匀或冷却不均匀等原因,易导致零件翘曲。
对策是优化注塑工艺参数,如调整注射压力、温度和冷却时间等,增加零件的冷却均匀性。
(2)短射:零件成型过程中,注塑机无法充填整个模具腔体,导致零件出现部分空洞或缺陷。
对策是增加注塑机的注射压力或改变注射位置,以确保整个模具腔体充满。
(3)气泡:注塑过程中,塑料熔融状态下容易吸收空气,形成气泡。
对策是优化注塑工艺参数,减小熔融塑料的气液界面,如增加注射速度和压力,减小熔融塑料的温度等。
2.吹塑缺陷及对策:(1)厚薄不均:吹塑过程中,由于塑料流动不均匀或模具设计不合理,易导致制品厚薄不均。
对策是优化吹塑工艺参数,如调整塑料温度、吹气压力和冷却时间等,增加制品的均匀性。
(2)氣泡:吹塑过程中,由于塑料熔融状态下容易吸收空气,形成气泡。
对策是优化吹塑工艺参数,减小熔融塑料的气液界面,如增加熔体的温度和压力,调整吹气速度等。
(3)皱纹:吹塑过程中,由于冷却不均匀或模具设计不合理,易导致制品表面出现皱纹。
对策是优化吹塑工艺参数,如调整模温、吹气速度和冷却时间等,增加制品的平整度。
3.挤出缺陷及对策:(1)压力不均:挤出过程中,由于挤出机的压力分布不均或头部设计不合理,易导致制品的厚度不均。
对策是优化挤出工艺参数,如调整挤出机的压力和温度,改善头部设计,增加制品的均匀性。
(2)熔体流动不良:挤出过程中,由于挤出机的供料不均匀或模具设计不合理,易导致熔体流动不畅,出现气泡或尺寸不准确等问题。
对策是优化挤出工艺参数,如调整供料速度和温度,改善模具设计,增加制品的牢固性和精度。
(3)紧缩难度:挤出过程中,由于制品的形状复杂或大小不一,易导致模具紧缩困难,产品出现尺寸不准确或细节缺失等问题。
塑料挤出存在问题及解决方法第一节塑料挤出的基本原理塑料加工业是一项综合性很强的技术型产业。
它涉及到高分子化学,高分子物理,界面理论,塑料机械,塑料加工模具,配方设计原理及工艺控制等方面。
挤出理论主要研究塑料在挤出机内的运动情况与变化规律。
挤出机中塑料在一定外力作用下,于不同温度范围内出现的高聚物的三种物理状态,与螺杆结构,塑料性能,加工条件之间的关系。
从而进行合理工艺控制。
以达到提高塑料制品产量与质量的目的。
塑料高分子材料,在恒定的压力下受热时,于不同温度范围内,出现玻璃态,高弹态,粘流态三种物理状态。
一般塑料的成型温度在粘流温度以上。
第二节聚烯烃管道挤出成型工艺控制挤出成型工艺的控制参数包括成型温度,挤出机工作压力,螺杆转速,挤出速度和牵引速度,加料速度,冷却定型等。
1.原材料的预处理聚烯烃是非吸水性材料,通常水分含量很低,可以满足挤出的需要,但当聚烯烃含吸水性颜料,如炭黑时,对湿度敏感。
另外,在使用回料及填充料时,含水量会增大。
水分不但导致管材内外表面粗糙,而且可能导致熔体中出现气泡。
通常应对原料进行预处理。
一般采用干燥处理,也可加相应的具有除湿功能的助剂。
如消泡剂等。
PE的干温度一般在60-90度。
在此温度下,产量可提高10%--25%。
2.温度控制挤出成型温度是促使成型物料塑化和塑料熔体流动的必要条件。
对物料的塑化及制品的质量和产量有着十分重要的影响。
塑料挤出理论温度窗口是在粘流温度和降解温度之间。
对于聚烯烃来说温度范围较宽。
通常在熔点以上,280度以下均可加工。
要正确控制挤出成型温度,必先了解被加工物料的承温限度与其物理性能的相互关系。
找出其特点和规律,才能选择一个较佳的温度范围进行挤出成型。
因此,在各段温度设定应考虑以下几个方面:一是聚合物本身的性能,如熔点,分子量大小和分布,熔体指数等。
其次考虑设备的性能。
有的设备,进料段的温度对主机电流的影响很大。
再次,通过观察管模头挤出管坯表面是否光滑。
pvc熔体破裂解决方案要是遇到PVC熔体破裂这个头疼事儿啊,咱有这么几个办法来解决。
一、原料方面。
1. 原料干燥。
这PVC原料要是含水太多啊,就像你做饭的时候米没沥干水,那肯定容易出乱子。
所以呢,一定要把原料好好干燥一下。
一般可以用专门的干燥设备,比如热风干燥机,把原料里的水分都给它“赶跑”,让原料干干爽爽的。
就像人要穿干燥的衣服才舒服,PVC原料干燥了,在熔化的时候就不容易出问题。
2. 原料筛选。
有时候原料里会有一些杂质,这就好比一锅好汤里混进了沙子。
这些杂质会捣乱,可能导致熔体破裂。
咱们得把原料过一下筛子,把那些大颗粒杂质或者其他乱七八糟的东西都给它筛出去。
就像把汤里的沙子挑出来一样,这样能让PVC原料在熔化的时候更顺畅。
3. 原料配比。
这PVC原料的配比也很重要呢。
如果各种成分的比例不对,就像做菜时盐放多了或者少了一样。
要按照合适的配方来调整各种助剂和PVC树脂的比例。
比如说增塑剂的量得合适,如果增塑剂少了,PVC就会太硬,熔化的时候就可能出岔子。
所以得精确地调配原料,让它们达到一个和谐的状态。
二、加工工艺方面。
1. 温度控制。
这温度就像火候一样,得掌握好。
如果温度太低,PVC就熔化不完全,就像冰块只化了一半,在流动的时候就容易破裂。
要是温度太高呢,PVC又可能分解,那就更糟了。
所以要找到那个合适的温度区间,一般不同型号的PVC可能有不同的最佳温度范围,就像不同的菜需要不同的火候一样。
得根据具体的PVC材料来调整加工温度,让它熔化得刚刚好。
2. 螺杆转速。
螺杆转速也是个关键因素。
螺杆转得太快,就像你用筷子在碗里搅东西搅得太猛了,PVC熔体在螺杆里就会受到很大的剪切力,这样就容易破裂。
所以要把螺杆转速调得合适,不能太贪心,想让它快速出料就把转速调得飞快。
要慢慢调整,找到一个既能保证产量,又能让熔体稳定的转速。
3. 口模设计。
口模就像一个门,PVC熔体要从这个门挤出去。
如果这个门设计得不合理,比如说口模的粗糙度不合适,太粗糙了就像门有很多刺一样,会刮伤熔体,导致破裂。
聚合物熔体破裂机理分析与改善一、聚合物熔体破裂机理聚合物熔体剪切应力大过某一临界点,熔体就会破裂(melt fracture),浇口出口会出现雾斑(blush)或浇口晕(corona),剪切应力更大,熔胶还会离散,可能生成喷流(jetting),剪切应力大到某一程度,摩擦生热使得熔胶升温到塑料的分解温度,就会产生分解气(gas),分解气泡到达流动前沿,被喷泉流(fountain flow)翻卷到制品表面就生成水花(splay)或银纹(silver streak)。
实际注塑生产中,聚合物熔体在一定的塑化温度下通过射嘴孔或浇口时,其剪切应力比较大,当剪切速率大于某一极限值,往住产生不稳定流动,熔体表面出现凹凸不平或外形发生竹节状、螺旋状等畸变。
熔体破裂后生产出来的塑料件有损外观及性能,剪切速率与熔体表面,如图1。
图1剪切速率与熔体表面二、浇口大小调整实验验证1、下面是采用小浇口和大浇口熔体的流动路线,自冷注道出口到充填结束时,各测量点的压力分布图。
图2 压力降分布图由上图可以得知﹕(1)充填时间0.5秒时,小浇口(Probe 3-4)压力降7.8MPa,占(自注道出口到EOF)压力降58MPa的13.4%。
(2)充填时间0.5秒时,大浇口(Probe 3-4)压力降2MPa,占(自注道出口到EOF)压力降46MPa的4.3%。
(3)大浇口的压力降2MPa较之小浇口的压力降7.8MPa降低了5.8MPa,降幅高达74%。
不要小看上述大浇口可以减少的压力降5.8MPa,这常常是不能达标(如产生短射、缩痕或因降解而致的变形和脆裂)所差的最后一里路(Last Mile)。
2、小浇口和大浇口在浇口小端在流率最大的速度控制段的最大剪切速率(Max. Shear Rate),分别为492,000/sec 和31,300/sec,后者比前者小了94% (PP之许用剪切速率是24,000/sec),如图3。
图3最大剪切速率剪切速率大时,塑料降解(degrade)严重,塑料和制品会变得脆弱,制品容易变形,甚至开裂。
书山有路勤为径;学海无涯苦作舟PVC结皮发泡板破泡典型原因分析与应对发泡塑料板材截面产生破泡或穿泡从理论上讲主要有两方面的因素:一是因熔体本身局部强度过低,破泡是由外向里形成的;二是因熔体周边压力偏小,局部泡孔发生膨胀,强度减弱,破泡是由里向外形成的。
在生产实践中,两种作用没有明显区别,有可能同时存在,大部分破孔都是局部泡孔不均匀膨胀后,熔体强度降低所致。
熔体本身强度过低与熔体周边压力偏小的因素很多,概括起来,主要有以下几个方面。
分子量或聚合度过低据有关资料介绍:PVC树脂一般根据其聚合方法可分为乳液法PVC和悬浮法PVC及本体PVC三种。
生产硬质PVC发泡产品时,如采用乳液法PVC 树脂可得到泡孔均匀,表面光滑的制品,但制品的尺寸稳定性难以控制;且乳液法PVC树脂生产的成本较高;若采用悬浮法PVC树脂,产品的外观质量和泡孔均匀度稍差。
综合工艺、价格及性能等方面,宜将两者按一定比例混用,比例可以为80/20-20/80之间。
板材成型横截面积较宽,从挤出机头进入口模要分布到一个相当于1.3米左右的宽度,要得到充分发泡的低密度塑料制品,采用的树脂粘度不宜过高,为了有利于气泡的分散与膨胀,板材整个横截面压力协调一致,对熔体流动性要求高。
若PVC树脂粘度过高,熔体流动性差,板面平整度难以保证,泡孔不易扩张,导致发泡倍率低;反之,若PVC树脂粘度过低,又会致使熔体强度低,容易引发破泡。
生产实践证明:生产结皮发泡塑料板材宜选用SC-7性树脂,尽量不要选用SC-8型树脂,或采用SC-8型树脂与SC-5型或SC-6型树脂混用。
熔体热稳定性差,挤出温度设定或控制不当专注下一代成长,为了孩子。
高熔体强度聚丙烯的研究简介概述1 PPMont-ecati年由意大利蒙特卡迪尼(万。
195710~50聚丙烯(PP),分子量一般为)公司实现工业化生产。
聚丙烯为白色蜡状材料,外观与聚乙烯相近,但密度比聚ni℃左右,热性能好,在通用树脂中是唯一能在水165乙烯小,透明度大些,软化点在℃,具有优异的介电性能。
溶解性-10~20130℃下消毒的品种,脆点中煮沸,并能在相近。
作为一种通用塑料,聚丙烯具有较好的综合性能,聚丙烯的成PE能及渗透性与型收缩率较聚乙烯小,具有良好的耐应力开裂性。
因而被广泛应用于制造薄膜、电绝缘体、容器、包装品等,还可用作机械零件如法兰、接头、汽车零部件、管道等,聚丙烯还可以拉丝成纤维。
在近年来所举的通用塑料工程塑料化技术中,聚丙烯作为首机械强度和硬度较低以及成PP也存在低温脆性、选材料不断地引起了人们的重视。
但型收缩率大、易老化、而热性差等缺点。
因此在应用范围上,尤其是作为结构材料和年代中期国内外就采用化学或物理改性方工程塑料应用受到很大的限制。
为此,从70的缺口冲击强度和低温韧性方面进PP进行了大量的研究开发特别是针对提高法对PP行了多种增强增韧改性研究开发。
常见的改性方法有共聚改性、共混改性和添加成核剂等。
1.1 PP生产方法和种类中国聚丙烯的工业生产始于20世纪70年代,经过30多年的发展,生产技术、工艺也趋于多样化,已经基本上形成了淤浆法、液相本体-气相法、间歇式液相本体法、气相法等多种生产工艺并举,大中小型生产规模共存的生产格局。
中国的大型聚丙烯生产装置以引进技术为主,中型和小型聚丙烯生产装置以国产化技术为主。
由最初的浆液工艺发展到目前广泛使用的液相本体法和气相法,液相本体法因其不使用稀释剂、流程短、能耗低,现已显示出后来居上的优势。
(1)淤浆法:在稀释剂(如己烷)中聚合,是最早工业化的方法;(2)液相本体法:在70℃和3MPa的条件下,在液体丙烯中聚合;(3)气相法:在丙烯呈气态条件下聚合。
注塑加工中产品开裂的原因分析与解决
开裂,包括制件表面丝状裂纹、微裂、顶白、开裂及因制件粘模、流道粘模而造成或创伤危机,按开裂时间分脱模开裂和应用开裂。
主要有以下几个方面的原因造成:
1.加工方面:
(1)加工压力过大、速度过快、充料愈多、注射、保压时间过长,都会造成内应力过大而开裂。
(2)调节开模速度与压力防止快速强拉制件造成脱模开裂。
(3)适当调高模具温度,使制件易于脱模,适当调低料温防止分解。
(4)预防由于熔接痕,塑料降解造成机械强度变低而出现开裂。
(5)适当使用脱模剂,注意经常消除模面附着的气雾等物质。
(6)制件残余应力,可通过在成型后立即进行退火热处理来消除内应力而减少裂纹的生成。
2.模具方面:
(1)顶出要平衡,如顶杆数量、截面积要足够,脱模斜度要足够,型腔面要有足够光滑,这样才防止由于外力导致顶出残余应力集中而开裂。
(2)制件结构不能太薄,过渡部份应尽量采用圆弧过渡,避免尖角、倒角造成应力集中。
(3)尽量少用金属嵌件,以防止嵌件与制件收缩率不同造成内应力加大。
(4)对深底制件应设置适当的脱模进气孔道,防止形成真空负压。
(5)主流道足够大使浇口料未来得及固化时脱模,这样易于脱模。
(6)主流道衬套与喷嘴接合应当防止冷硬料的拖拉而使制件粘在定模上。
3.材料方面:
(1)再生料含量太高,造成制件强度过低。
(2)湿度过大,造成一些塑料与水汽发生化学反应,降低强度而出现顶出开裂。
(3)材料本身不适宜正在加工的环境或质量欠佳,受到污染都会造成开裂。
4.机台方面:注塑机塑化容量要适当,过小塑化不充分未能完全混合而变脆,过大时会降解。
加工与应用聚丙烯发泡塑料挤出胀大行为的实验研究周文管1,王喜顺1,蔡业彬2,3,彭玉成1(1.华南理工大学工业装备与控制工程学院塑料橡胶装备及其智能化研究中心,广东广州510640;2.华南理工大学机械工程学院,广东广州510640;3.茂名学院机电工程学院,广东茂名525000)摘 要:使用HAA KE挤出流变仪研究了聚丙烯发泡塑料挤出胀大行为,考察了毛细管数、螺杆转速和温度等参数与PP发泡塑料挤出胀大的关系,同时指出气泡的存在对发泡制品挤出胀大有较大影响,分析了气泡体积的大小等对PP发泡塑料的挤出胀大的影响。
关 键 词:聚丙烯;发泡塑料;挤出胀大;毛细管数中图分类号:TQ320.66+3 文献标识码:B 文章编号:1001Ο9278(2003)10Ο0050Ο04Experimental Study on Extrusion Die Sw ell of PP Foam ZHOU Wen2guan1,WAN G Xi2shun1,CAI Ye2bin2,3,PEN G Yu2cheng1(1.Research Center of Equipment and Its Intelligentization for Plastics&Rubber,Industry Equipment and Control Engineering College,S outh China University of Technology,Guangzhou510640,China;2.Mechanical Engineering College, S outh China University of Technology,Guangzhou510640,China;3.Electromechanical Engineering College ofMaoming College,Maoming525000,China)Abstract:Extrusion die swell of PP foam was investigated by HAA KE extrusion rheometer.The effect of capillary number,rotation rate of screw and temperature on the die swell of PP foam was discussed.It was pointed that the existence of bubbles had an important effect on the die swells of PP foam.Influ2 ences of the volume of the bubbles on the die swell of PP foam were analyzed.K ey w ords:polypropylene;foam plastics;extrusion die swell;capillary number 发泡塑料的成型加工与一般塑料相似,也存在挤出胀大的现象。
发泡用高熔体强度聚丙烯的研究随着聚丙烯(PP)在塑料加工行业中的广泛应用,聚丙烯发泡在塑料制品中受到了广泛的关注。
考虑到发泡聚丙烯的高熔体强度,成为了制造一些坚固物品,如汽车、家具等的材料。
因此,研究用发泡聚丙烯制备高熔体强度材料及其应用价值变得更加重要。
发泡聚丙烯的熔体强度是指其在熔融状态下的破裂能力,该熔体强度是聚丙烯发泡材料的重要指标。
发泡聚丙烯的熔体强度受多种因素的影响,包括发泡材料的熔融温度和熔体时间、材料成分、发泡剂量及均匀性、聚合分子量和发泡结构等。
这些因素都会影响发泡聚丙烯的熔体强度。
为了研究高熔体强度的发泡聚丙烯,首先应该分析影响熔体强度的因素,然后针对不同的因素,了解他们如何影响发泡聚丙烯的熔体强度,并利用合适的方法确定最佳条件,即采用正确的工艺参数,调整恰当的成份,使发泡聚丙烯具有较高的熔体强度。
以熔体温度为例,熔融温度一般受到材料成分、发泡剂量和均匀性等多种因素的影响。
考虑到发泡剂和材料成分是影响熔体强度的重要因素,可以根据发泡剂类别和材料成分来调整发泡聚丙烯的熔体温度。
在熔体温度适当的水平上,可以使发泡材料的熔体强度最大化。
此外,可以通过改变发泡剂种类和数量来提高发泡聚丙烯的熔体强度。
发泡剂的量和类型对发泡聚丙烯的物理性能有着极大的影响,如熔体强度。
以发泡剂的种类为例,选择合适的发泡剂有助于提高发泡聚丙烯的熔体强度。
可以采用普通发泡剂、抗渗发泡剂以及抗热发泡剂等,以促进发泡聚丙烯的熔体强度。
另外,发泡聚丙烯的分子量也会影响熔体强度。
由于分子量是发泡材料物理性能的重要指标,因此,适当提高分子量有助于提高发泡聚丙烯的熔体强度。
这可以通过改变聚合物的抗降解性来实现,因为高分子量的材料具有更好的抗降解性,因此可以提高发泡聚丙烯的熔体强度。
发泡聚丙烯的发泡结构也会影响其熔点强度。
发泡聚丙烯的发泡结构可以通过控制发泡过程中发泡剂的添加速度或发泡材料的添加来控制,其中,发泡材料的添加是控制发泡结构的重要因素。
聚丙烯挤出发泡中“熔体破裂”现象分析Ξ徐志娟,何继敏,朱复华,薛 平(北京化工大学机电工程学院,北京100029) 摘要:研究了聚丙烯挤出发泡过程中“熔体破裂”现象及其对发泡体质量的影响。
对比采用不同形状的机头口模的发泡试样,发现不能建立足够高压的机头中,PP/气体形成的单相溶液在离开机头口模之前发生相分离,提前发泡,使表面发生“熔体破裂”,发泡体的质量差;不同螺杆转速和机头温度对发泡体质量影响不同:对应一定温度,存在获取高质量泡沫的最佳螺杆转速范围(对Φ2mm 喷丝机头,转速为30~40r/min );相同转速下,温度过低(低于150℃)或过高(高于185℃)都会使挤出物表面产生“熔体破裂”现象,表面质量相对较差。
关键词:聚丙烯;发泡;熔体破裂;机头形状 中图分类号:T Q320166+3 文献标识码:A 文章编号:1005-5770(2005)01-0030-04Melt Fracture and Its E ffects on Foam Q uality in Extrusion Foaming of PPX U Zhi 2juan ,HE Ji 2min ,ZH U Fu 2hua ,X UE Ping(C ollege of Mechanical and E lectrical Eng 1,Beijing University of Chemical T echnology ,Beijing 100029,China )Abstract :The melt fracture during the extrusion foaming process of PP and its effects on foams qualities were studied 1C om pared with the foaming sam ples extruded by different dies ,it was found that the single phase of PP/gases s olution separated before the mixture left the die and advanced foaming happened because the die could not es 2tablish high enough pressure 1Therefore ,the melt fracture happened and the qualities of the foams were poor 1Different screw speeds and die tem peratures had different effects on the qualities of foams 1There was an optimalrange of screw speed (Φ2mm filament die ,screw speed from 30to 40rpm )at given tem perature ;over high (higher than 190℃)or over low (lower than 135℃)die tem perature w ould lead to the melt fracture of extruder at same screw speed ,and the qualities of foams w ould be correspondingly poor 1K eyw ords :PP ;F oam ;Melt Fracture ;Die Shape 聚合物在加工过程中流动会出现不稳定现象,其根源是高分子的长链在分子水平上缠结,导致高粘、慢松弛和高法向应力[1],当剪切速率超过临界剪切速率时,挤出物表面变得粗糙、失去光泽、粗细不均和扭曲,成为波浪形、竹节形或周期性螺旋形,在极端严重的情况下,甚至会断裂成为形状不规则的碎片或圆柱,即出现熔体破裂现象。
聚丙烯(PP )在发泡成型过程中,常因挤出物发生“熔体破裂”而使发泡失败。
熔体破裂现象对发泡体的表观质量和泡体结构影响巨大。
对PP 的熔体破裂现象的研究已有一些[2,5]。
但对特殊的挤出发泡过程中PP 的熔体破裂研究则很少。
本文主要研究了PP 挤出发泡过程中由于气体的存在,聚合物熔体出现流动不稳定,产生的所有表面不光滑的现象,即广义的“熔体破裂”现象以及其对发泡体质量的影响,以期对PP 泡沫挤出生产具有一定指导意义。
1 实验部分111 原料和设备 聚丙烯:密度0191g/cm 3,熔体质量流动速率0145g/10min ,燕山石化公司;发泡剂:偶氮二甲酰胺(AC ),市售;助发泡剂:硬酯酸锌[Zn (St )2]和氧化锌(ZnO ):市售;交联改性剂:过氧化二异丙苯(DCP ),市售;助交联剂:二乙烯基苯,市售。
单螺杆挤出机:S J K 245×25-3,哈尔滨塑料机械模具厂;电镜扫描仪:S250型,英国剑桥公司。
112 实验过程 按比例称量PP 和各种助剂,在PP 树脂中加入适量液体石蜡,使料粒表面均匀润湿,将交联剂和交联・03・塑料工业CHI NA P LASTICS I NDUSTRY 第33卷第1期2005年1月Ξ北京化工大学青年基金(QN0215)作者简介:徐志娟,女,在读博士生,主要从事聚丙烯挤出发泡和降解方面的研究。
xuzhijuan2004@1631com助剂按比例配置的溶液加入混合料中,加入发泡剂、助发泡剂、成核剂等粉料,用混合机混合5~10min ,使粉料均匀黏附在粒料表面。
当挤出机各段的温度达到设定温度并保温一段时间后,将配好的混合物加入料筒,并在一定螺杆转速下挤出。
2 结果与讨论211 提前发泡对熔体破裂的影响 实验中采用了45mm ×3mm 的板材机头、Φ2mm 的线材喷丝机头、Φ5mm 的棒材机头、Φ20mm ×2mm 的环形口模和100mm ×1mm 缝形口模进行对比。
在用这些机头成型的发泡体中有些发生熔体破裂,这主要是由于无法建立高压,导致发生提前发泡。
发泡过程中最基本的要求是熔体能够保留住发泡气体,而且聚合物/气体形成的单相溶液离开口模后才发生相分离并发泡膨胀,这是得到均匀细密的发泡体的先决条件,所以熔体压力在离开口模前必须始终高于气体压力,即挤出机内物料沿螺杆轴向的最佳压力分布曲线由泡孔内气体的压力分布曲线决定。
图1是产生良好泡沫时,挤出机内的熔体(物料)与泡孔内的气体压力分布图。
从图1可看出,气体压力的产生要滞后于熔体压力的产生。
所以通过选择适当的机头结构、温度和螺杆转速,控制PP 物料在进入压缩段之前就能熔融一部分并基本软化,以使物料及早压实并先形成熔体压力,这样便可有效防止发生提前发泡现象。
图1 挤出机物料与气体压力的分布示意图Fig 1Schematic diagram of melt and gasespressure distribution 图2a 为由板材机头挤出发泡的PP 试样,图2b是其电镜扫描(SE M )图片,其挤出时的实测熔体压力分布如图3所示(其中位置4是机头口模入口位置)。
显然,该挤出过程的压力分布不能有效地对发泡剂分解的气体施加全程高压,因而机头内可能出现了提前发泡,使发泡体表面产生不光滑现象,得到的泡孔结构也不均匀细密。
a -挤出试样b -试样的SE M 图图2 板材机头挤出试样Fig 2Photo of sam ple extruded by sheetdie图3 板材试样挤出时不同位置的熔体压力分布图Fig 3Melt pressure at different positions duringextrusion of sheet sam ple 图4是用线材喷丝机头挤出的试样的SE M 图(其它条件与图2试样相同)。
在相同螺杆转速下,机头形状不同,所产生的机头压力也不同。
图4中的试样表面较光滑,泡孔结构细密均匀,发泡倍率高、质量好(泡体密度0112g/cm 3,发泡倍率7158);而由板材机头(图2)得到的泡沫的泡孔很大,发泡倍率不高(泡体密度0169g/cm 3,发泡倍率1133)。
图4 线材试样SE M 图片Fig 4SE M micrograph of filament sam ple 图5和图6分别为采用环形口模和缝形口模挤出时,PP 发泡管材和板材的“熔体破裂”现象,挤出发泡体从口模出来即发生“熔体破裂”,泡体表面粗糙、杂乱。
挤出中有大量气体逃逸,很难形成均匀规格的发泡体。
・13・第33卷第1期徐志娟等:聚丙烯挤出发泡中“熔体破裂”现象分析图5 环形口模挤出PP 发泡管材的“熔体破裂”现象Fig 5Melt fracture of PP foamed pipe by ringdie图6 缝形口模挤出PP 发泡板材的“熔体破裂”现象Fig 6Melt fracture of PP sheet sam ple by split die 图7为PP 发泡时“熔体破裂”过程的示意图。
当含气体的PP 熔体所处压力高于发泡的临界压力p cr 时,气体溶于熔体,熔体呈单相状态,其压缩性与不含气体的熔体一样。
由于机头结构、工艺参数等原因造成挤出背压不足时,熔体所处压力有可能在口模内就低于p cr ,于是在该处熔体中所含过饱和气体离析出来形成气相,溶解气体与熔体组成的单相混合物转变为游离气泡与熔体组成的可压缩两相混合物。
气泡在膨胀和流动过程中受到口模的高剪切作用,导致泡孔发生破裂与合并,层流流动受到破坏,形成气液混合物的弹性湍流,引起熔体的不稳定流动。
熔体与气泡组成的可压缩混合物一离开口模即发生弹性回复,熔体内部和表层的气泡在弹性回复力的作用下进一步发生破裂,加之泡孔破裂后释放的气体猛烈冲击熔体,于是发生“熔体破裂”。
这种破裂过程与爆炸气体由于高压而急剧地冲击周围介质,导致在爆炸点周围物体的破碎和强烈变形的爆破过程相似。
图7 PP 发泡时“熔体破裂”过程的示意图Fig 7Schematic diagram of melt fracture of PP foam 以上分析表明,挤出发泡过程中如发生提前发泡,将在挤出物表面出现“熔体破裂”现象,影响发泡结果和泡沫质量。
为了避免提前发泡,必须优化设计机头口模,尽量避免螺杆头部和机头口模处的压力损失。
同时,通过机头部分的阻遏作用,在机筒和口模中建立高压,抑制提前发泡的发生。
212 螺杆转速对“熔体破裂”的影响 螺杆转速对挤出试样的“熔体破裂”和表观质量的影响见表1。
从表1可看出,一定温度下,随着螺杆转速的提高,机头压力逐渐增大,挤出物的表面质量则由差变好,最后又变差,存在最佳螺杆转速。