煤基均聚聚丙烯1102K與同類產(chǎn)品熱性能及流變性能對比

方 偉，秦雪麗，宋程鵬，田廣華

（1.神華寧夏煤業(yè)集團煤炭化學(xué)工業(yè)分公司研發(fā)中心，寧夏回族自治區(qū)銀川市 750411；2.神華寧夏煤業(yè)集團煤炭化學(xué)工業(yè)分公司聚甲醛廠，寧夏回族自治區(qū)銀川市 750411）

煤基均聚聚丙烯1102K與同類產(chǎn)品熱性能及流變性能對比

方 偉1，秦雪麗2，宋程鵬1，田廣華1

（1.神華寧夏煤業(yè)集團煤炭化學(xué)工業(yè)分公司研發(fā)中心，寧夏回族自治區(qū)銀川市 750411；2.神華寧夏煤業(yè)集團煤炭化學(xué)工業(yè)分公司聚甲醛廠，寧夏回族自治區(qū)銀川市 750411）

研究了煤基均聚聚丙烯1102K和市場同類產(chǎn)品T30S，F(xiàn)401的熔融溫度、結(jié)晶溫度、氧化誘導(dǎo)期、熱分解溫度、毛細(xì)管流變性能及螺旋流動長度。結(jié)果表明：1102K的氧化誘導(dǎo)期為14.8 min，熱分解溫度為426 ℃，兩項均高于T30S，F(xiàn)401，說明1102K的耐熱性能最好；相同測試條件下，1102K的毛細(xì)管剪切黏度高于T30S和F401，而螺旋流動長度低于T30S和F401，說明1102K的流變性能比T30S和F401稍差。

均聚聚丙烯 拉絲專用樹脂 熱性能 流變性能

拉絲專用均聚聚丙烯（PP）樹脂應(yīng)用廣泛，可用于生產(chǎn)編織袋、紡絲、熱成型制品等[1]。雖然國內(nèi)PP生產(chǎn)企業(yè)采用不同的生產(chǎn)工藝，如Basell公司的Speripol環(huán)管工藝和中國石油化工股份有限公司的國產(chǎn)環(huán)管工藝、Dow化學(xué)公司的Unipol氣相流化床工藝、BP公司的Innovene臥式氣相攪拌釜工藝以及NTH公司的Novolen立式氣相攪拌釜工藝、三井油化公司的Hypol工藝[2]，但是大多數(shù)生產(chǎn)企業(yè)仍將拉絲專用均聚PP作為裝置生產(chǎn)的一個重要牌號，這反映出國內(nèi)市場對拉絲專用均聚PP的需求非常大。

生產(chǎn)工藝不同和丙烯原料的差異造成市場上拉絲專用均聚PP牌號眾多，導(dǎo)致產(chǎn)品的加工應(yīng)用性能有所差異。本研究選擇神華寧夏煤業(yè)集團煤炭化學(xué)工業(yè)分公司生產(chǎn)的煤基拉絲專用均聚PP 1102K和市場上具有代表性的拉絲專用均聚PP T30S，F(xiàn)401作為研究對象，采用差示掃描量熱儀、熱重分析儀、負(fù)荷變形溫度測試儀、毛細(xì)管流變儀等研究了其熱性能和流變性能，為下游用戶了解這3個牌號的加工性能提供參考。

1 實驗部分

1.1 原料

1102K，神華寧夏煤業(yè)集團煤炭化學(xué)工業(yè)分公司生產(chǎn)；T30S，F(xiàn)401，市售。

1.2 儀器與設(shè)備

BMF-001型熔體流動速率儀，德國Zwick/ Roll公司生產(chǎn)；DSC200F3型差示掃描量熱儀，TG209F3型熱重分析儀，德國Netzsch公司生產(chǎn)；ZWK1000型負(fù)荷變形溫度測試儀，美特斯工業(yè)系統(tǒng)（中國）有限公司生產(chǎn)；RG20型毛細(xì)管流變儀，德國Gettfert公司生產(chǎn)；BT80-Ⅱ型注塑機，廣東博創(chuàng)機械有限公司生產(chǎn)。

1.3 測試方法

按GB/T 3682—2000測試熔體流動速率；按GB/T 19466.3—2004測試熔點（tm）、結(jié)晶溫度（tc）；熱分解溫度測試：溫度為40～600 ℃，升溫速率為20 ℃/min；按GB/T 1634.2—2004測試負(fù)荷變形溫度；毛細(xì)管流變：測試條件為200 ℃，考察剪切黏度（η）隨著剪切速率（γ）的變化情況；螺旋流動長度：利用注塑機在注塑壓力為8 MPa條件下，將試樣注入具有螺旋型空腔的模具中，考察試樣在模具中的流動長度。

2 結(jié)果與討論

2.1 熔體流動速率

在負(fù)荷2.16 kg，230 ℃的條件下，1102K，T30S，F(xiàn)401的熔體流動速率分別為3.3，3.7，4.3 g/10 min。該結(jié)果粗略地反映了3個試樣的η由小到大依次為F401，T30S，1102K。因此，在進(jìn)行加工時，F(xiàn)401有較好的流動性，用1102K制備的制品在強度方面優(yōu)于用T30S和F401制備的。

2.2 tm和tc

由表1可知：3個試樣的tm相近、熔融焓（ΔHm）差別不大；在加工這3個試樣時，加熱的筒體溫度可以采用相同的參數(shù)設(shè)置，并可在相同的實際溫度條件下對這3個試樣進(jìn)行熔融塑化。根據(jù)100%結(jié)晶PP的ΔHm為209.0 J/g[3]，通過計算可知1102K，T30S，F(xiàn)401的結(jié)晶度（Xc）差別不大。由表1還可知：1102K的tc最高，T30S次之，F(xiàn)401最低。tc與PP分子的鏈結(jié)構(gòu)（如相對分子質(zhì)量、等規(guī)指數(shù)等）有關(guān)，通常隨相對分子質(zhì)量降低，熔體中纏結(jié)點有所減少，分子鏈段的運動速率加快，結(jié)晶速率將加快[4]。

表1 1102K，T30S，F(xiàn)401的結(jié)晶和熔融參數(shù)Tab.1 Crystallization and melting parameters of 1102K，T30S and F401

2.3 氧化誘導(dǎo)期

由圖1可知：1102K的氧化誘導(dǎo)期最長，F(xiàn)401次之，T30S最短。氧化誘導(dǎo)期的長短反映材料在熱氧狀態(tài)下穩(wěn)定性能的好壞。因此，在進(jìn)行熱加工成型過程中，1102K具有較寬的加工時間范圍。這可能是由于3個試樣的生產(chǎn)工藝不同，生產(chǎn)過程中添加的抗氧劑類型和含量有所差異造成的。

圖1 1102K，T30S，F(xiàn)401的氧化誘導(dǎo)期Fig.1 Oxidation induction time of 1102K，T30S and F401

2.4 熱分解溫度

由圖2可知：3個試樣的熱分解行為基本相似，都是從400 ℃開始分解。T30S和F401的最大熱分解速率對應(yīng)的分解溫度相近，而1102K的最大熱分解速率對應(yīng)的熱分解溫度稍高于T30S，F(xiàn)401。這表明1102K的耐熱穩(wěn)定性能略好于T30S，F(xiàn)401。

圖2 1102K，T30S，F(xiàn)401的質(zhì)量損失曲線Fig.2 Mass loss curves of 1102K，T30S and F401

2.5 負(fù)荷變形溫度

1102K，T30S，F(xiàn)401的負(fù)荷變形溫度分別為93，88，81 ℃。3個試樣的負(fù)荷變形溫度存在差異，1102K的負(fù)荷變形溫度最高，T30S次之，F(xiàn)401最低。造成這種結(jié)果的原因可能是由于1102K的相對分子質(zhì)量略高于其他兩個試樣。

2.6 毛細(xì)管流變

由圖3可知：3個試樣的η隨γ的增加都呈下降趨勢。當(dāng)γ小于215 s-1時，3個試樣的η差別不大；當(dāng)γ大于215 s-1，在相同γ條件下，1102K的η大于其他兩個試樣，F(xiàn)401的η最低。這與熔體流動速率測試結(jié)果相符，間接說明1102K的相對分子質(zhì)量大于T30S，F(xiàn)401。因此，1102K在加工流動性能方面弱于T30S，F(xiàn)401。

圖3 1102K，T30S，F(xiàn)401的毛細(xì)管流變曲線Fig.3 Capillary rheological curves of 1102K，T30S and F401

2.7 螺旋流動長度

螺旋流動長度是在聚合物實際加工條件下測量的，與加工條件關(guān)系密切，所以進(jìn)行PP螺旋流動長度實驗對確定成型加工條件十分有效[5]。由圖4可知：在相同的注塑壓力條件下進(jìn)行螺旋流動長度實驗，隨著注塑溫度的升高，3個試樣的螺旋流動長度呈增加趨勢；但在相同實驗溫度條件下，F(xiàn)401的螺旋流動長度最大，T30S次之，1102K最低。這說明在使用1102K進(jìn)行加工成型時，所需的壓力和加工溫度稍高于F401，與T30S的壓力和加工溫度相近。

圖4 1102K，T30S，F(xiàn)401的螺旋流動長度Fig.4 Spiral flow length of 1102K，T30S and F401

3 結(jié)論

a）PP 1102K與T30S，F(xiàn)401的tm，tc相差不大，說明三者在加工過程中的熔融塑化能力和結(jié)晶固化能力相近，在制品加工過程中可以使用相近的加工溫度。

b）PP 1102K的氧化誘導(dǎo)期、熱分解溫度優(yōu)于T30S，F(xiàn)401。1102K的負(fù)荷變形溫度高于T30S，F(xiàn)401。

c）在相同實驗條件下，1102K的η高于T30S，F(xiàn)401；螺旋流動長度低于T30S，F(xiàn)401。

[1] 逄錦屹，張巖，曹勝光，等.聚丙烯拉絲樹脂的生產(chǎn)與應(yīng)用[J].合成樹脂及塑料，2010，27（6）：38-41.

[2] 沙裕.聚丙烯工藝技術(shù)進(jìn)展[J].化學(xué)工業(yè)與工程，2010，27（5）：465-470.

[3] 楊柳，張寶強.β晶型成核劑對均聚聚丙烯結(jié)晶及性能的影響[J].塑料助劑，2006 （6）：11-15.

[4] 劉杰勝，劉贊，李蘭杰，等.聚丙烯結(jié)晶細(xì)化及其研究進(jìn)展[J].現(xiàn)代塑料加工應(yīng)用，2005，17（2）：61-64.

[5] 王道宏，蔣炳炎，申瑞霞，等.注塑成型螺旋模具中熔體流動比[J].中南大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2008，39（6）：1251-1256.

Comparison of thermal properties and rheological properties of coal-based homo-polypropylene 1102K and its counterparts based on oil

Fang Wei1，Qin Xueli2，Song Chengpeng1，Tian Guanghua1
（ 1. the Research & Development Center of the Coal Chemical Industry Company of SNCG，Yinchuan 750411，China；2.the Polyoxymethylene Factory of the Coal Chemical Industry Company of SNCG，Yinchuan 750411，China）

The authors studied the melting temperature，crystallization temperature，oxidation induction time，thermal decomposition temperature，capillary rheological properties and spiral flow length of homopolypropylene 1102K and its counterparts T30S and F401 in the market. The results show that 1102K has oxidation induction time of 14.8 min and thermal decomposition temperature of 426 ℃，which are higher than those of T30S and F401，indicating that the thermal properties of 1102K are superior to those of T30S and F401. The capillary shear viscosity of 1102K is higher than those of T30S and F401，the spiral flow length of 1102K is shorter than those of T30S and F401 in the same experimental conditions，indicating that the rheological properties of 1102K are slightly worse than those of T30S and F401.

homo-polypropylene； fiber drawing grade； thermal property； rheological property

TQ 325.1+4

B

1002-1396（2015）04-0061-03

2015-01-27；

2015-04-26。

方偉，男，1978年生，碩士，高級工程師，2005年畢業(yè)于大慶石油學(xué)院化學(xué)工藝專業(yè)。聯(lián)系電話：（0951）6963754；E-mail：wwfang_001@163.com。