重復(fù)加工對通用塑料力學(xué)性能和分子量影響的研究*

賀　媛，胡達(dá)恒，張止毓，王志偉，劉　震(西北民族大學(xué)，甘肅　蘭州　730000)

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重復(fù)加工對通用塑料力學(xué)性能和分子量影響的研究*

賀媛，胡達(dá)恒，張止毓，王志偉，劉震
(西北民族大學(xué)，甘肅蘭州730000)

摘要：使用多次擠出法研究了重復(fù)加工對聚丙烯、高密度聚乙烯、低密度聚乙烯等通用塑料硬度、力學(xué)性能、斷裂行為的影響。使用粘度法研究了重復(fù)加工對通用塑料分子量的影響。結(jié)果表明,隨著擠出次數(shù)的增加，3種材料的拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長率和硬度均有所降低，分子量減小，但是降低幅度較小，聚丙烯、聚乙烯均可以在多次加工后正常使用。

關(guān)鍵詞：材料物理與化學(xué);通用塑料；重復(fù)加工；流變性能；力學(xué)性能；分子量

高密度聚乙烯、低密度聚乙烯和聚丙烯是目前最為常用的幾種塑料產(chǎn)品，三者的使用量占我國樹脂總量的40%以上[1]，由于其市場用量的增加，后期回收處理也變的極為重要。作為常用的熱塑性材料，這3種通用塑料也是較為容易回收利用的產(chǎn)品材料。目前對于這3種材料主要是通過二次或者多次擠出注塑來對材料進(jìn)行回收再利用[2]。在多次加工中，材料會受到熱降解從而使得力學(xué)性能有所下降[3]，本文研究了多次擠出加工對于高密度聚乙烯、低密度聚乙烯和聚丙烯力學(xué)性能的影響，并研究了分子量的變化，確定分子量與性能之間的關(guān)系，對于通用塑料的多次加工和重復(fù)利用具有重要的指導(dǎo)意義。

1　實(shí)驗(yàn)部分

1.1原料

低密度聚乙烯，（LDPE,2426H）,蘭州石化；高密度聚乙烯，（HDPE,5000s），寧夏石化；聚丙烯（PP，T30S），寧夏石化；四氫萘,(AR),天津市凱信化學(xué)工業(yè)有限公司；四氫呋喃,(THF,AR),哈爾濱市化工公司；對二甲苯，(PX,AR),濟(jì)寧宏明化學(xué)試劑有限公司。

1.2實(shí)驗(yàn)設(shè)備及儀器

單螺桿擠出機(jī)，SJP-30，南京橡塑；注塑機(jī)，YT-45T-C,中山亞泰；萬能試驗(yàn)機(jī)，WDW-50E，濟(jì)南試金；沖擊試驗(yàn)機(jī)，JB-W800，濟(jì)南試金；邵氏硬度計(jì)，TH210，北京時代之峰；烏式粘度計(jì)。

1.3實(shí)驗(yàn)方法

采用雙螺桿擠出機(jī)制備樣料，溫度設(shè)定220℃、轉(zhuǎn)速350r/min。在同樣的實(shí)驗(yàn)條件下，將實(shí)驗(yàn)原料重復(fù)擠出6次，每次擠出后存留部分樣品，樣料采用注塑成型機(jī)在220℃下注塑硬度圓片和拉伸、彎曲樣條，以備測試。

1.4測試方法

1.4.1拉伸性能的測定

使用萬能實(shí)驗(yàn)儀，用國家標(biāo)準(zhǔn)GBT1040-2006測定材料拉伸性能。

1.4.2硬度的測定

使用邵氏硬度計(jì)，用國家標(biāo)準(zhǔn)按GBT6031—1998測定材料硬度。

1.4.3分子量的測定

使用烏氏粘度計(jì)采用粘度法測定樣品分子量。

2　結(jié)果與討論

2.1重復(fù)加工對材料拉伸性能的影響

圖1是在重復(fù)加工擠出后測定的HDPE,LDPE, PP的斷裂伸長率與加工次數(shù)之間的關(guān)系，其中點(diǎn)1是未重復(fù)加工的初始料。

圖1　重復(fù)加工對于塑料拉伸強(qiáng)度的影響

從圖1可以看出，隨著加工次數(shù)的增加，3種塑料的拉伸強(qiáng)度均為先增加再減小，這可能是因?yàn)樵谥貜?fù)加工過程中因?yàn)槎啻螖D出使其在徑向具有一定的晶體取向，從而增加了其拉伸強(qiáng)度。PP，LDPE, HDPE都是結(jié)構(gòu)簡單的塑料，具有很高的結(jié)晶度，在多次拉深的過程中，材料的晶體結(jié)構(gòu)會發(fā)生取向，晶體的取向會使得材料在徑向具有較高的強(qiáng)度，從而增加材料的拉伸強(qiáng)度。但是隨著加工次數(shù)的增加，晶體結(jié)構(gòu)被破壞，材料的拉伸性能也有所下降。

斷裂強(qiáng)度體現(xiàn)了材料的抗破壞能力，斷裂伸長率體現(xiàn)了材料的韌性，進(jìn)一步研究了重復(fù)加工對于3種塑料斷裂伸長率的影響，如圖2所示。

圖2　重復(fù)加工對于塑料斷裂伸長率的影響

從圖2可以看出，隨著重復(fù)加工次數(shù)的增加，3種塑料的斷裂伸長率均有所降低，其中LDPE,PP減小的很少，6次加工后斷裂伸長率下降不到100%，而HDPE在6次加工后斷裂生長率下降較多，接近150%。這可能是由于HDPE是線性聚合物，結(jié)晶度較高，重復(fù)加工對于聚合物晶體結(jié)構(gòu)破壞更為明顯[4]，因此使得HDPE的韌性下降的更為明顯。

綜上所述，隨著多次擠出重復(fù)加工，LDPE, HDPE,PP的拉伸性能均有所下降，但是下降幅度很小，這3種通用塑料在多次重復(fù)加工以后仍然可以具有較好性能，可以重復(fù)加工使用。

2.2重復(fù)加工對材料硬度的影響

PP,LDPE,HDPE作為3種通用塑料，被廣泛使用于各種領(lǐng)域。材料的硬度對于使用具有很重要的意義。研究了多次重復(fù)加工對于材料硬度影響的研究。

圖3　重復(fù)加工對于塑料硬度的影響

從圖3可以看出，隨著重復(fù)加工次數(shù)的增加，3種材料的硬度均有所下降，但是下降不大。這應(yīng)該是由于多次重復(fù)加工后，材料的結(jié)晶度下降，分子量也下降，從而使得材料硬度下降[5]，但是下降幅度較小，多次重復(fù)加工對于硬度的影響不會影響到材料的正常使用。

2.3重復(fù)加工對聚合物分子量的影響

圖4是使用黏度法測定的重復(fù)加工后聚合物分子量。

圖4　重復(fù)加工對聚合物分子量影響

圖4可以看出，隨著重復(fù)加工次數(shù)的增加，聚合物分子量有所減小。這是由于聚合物的擠出加工屬于熱加工，聚合物在多次熱加工中分子鏈發(fā)生熱降解，從而分子量減小，分子量的減小也使得聚合物的力學(xué)性能下降[6]。

3　結(jié)論

本實(shí)驗(yàn)研究了6次重復(fù)擠出對于LDPE,HDPE, PP的拉伸性能、硬度和分子量的影響。結(jié)果表明隨著重復(fù)加工的進(jìn)行，3種材料的拉伸性能，硬度和分子量均有所下降，但是6次加工后性能仍然可以滿足使用要求，這3種通用塑料都可以多次重復(fù)加工使用。

參考文獻(xiàn)：

[1]許國志，凌偉，楊林.回收聚乙烯再生料補(bǔ)強(qiáng)增韌改性研究[J].中國塑料，2000,14（9）:62-67.

[2]許乾慰，文效忠，王建國，等.重復(fù)加工對LCP/PP合金材料拉伸性能的影響[J].生態(tài)環(huán)境材料，2000(4):872-876.

[3]劉先鋒，洪劍城，卜海濤，等.PP和PS拉伸性能測試的影響因素研究[J].塑料工業(yè)，2009，37(8):48-50.

[4]徐濤，金志浩.熱處理對聚丙烯結(jié)晶度及力學(xué)性能的影響[J].貴州科學(xué),1999（4）:260-265.

[5]吳彥..塑料的硬度和柔性改性[J].塑料科技,2006（4）:30-33.

[6]李東文，楊桂生.分子量及其分布對聚丙烯力學(xué)性能和結(jié)晶行為的影響[J].高分子材料科學(xué)與工程，1996(1):41-46.

*基金項(xiàng)目：中央高?；痦?xiàng)目(項(xiàng)目編號:31920140100)。

中圖分類號：TB324