纖維類聚丙烯樹脂的質(zhì)量控制

曹永民 李莉 晏秋良

摘要：本文針對(duì)分公司纖維類聚丙烯樹脂生產(chǎn)中出現(xiàn)的產(chǎn)品拉伸斷裂性能不穩(wěn)定，監(jiān)測(cè)手段滯后，存在質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)的問題進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：纖維類聚丙烯樹脂 拉伸斷裂性能 質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)

纖維類聚丙烯樹脂是生產(chǎn)聚丙烯纖維的原料。聚丙烯纖維分為長纖維、短纖維、無紡布等，其中長纖維可分為普通長纖維和細(xì)旦長纖維。細(xì)旦長纖維由于密度小、靜電小、保暖、手感柔軟、有光澤，酷似真絲，有芯吸效應(yīng)，能與棉、真絲、氨綸等交織成棉蓋丙、絲蓋丙等產(chǎn)品，是制作內(nèi)衣、運(yùn)動(dòng)服裝、T恤的的理想材料，市場(chǎng)應(yīng)用前景廣闊。在聚丙烯纖維料生產(chǎn)中，產(chǎn)品拉伸斷裂性能不穩(wěn)定，生產(chǎn)控制困難。分析方面，拉伸斷裂性能檢測(cè)時(shí)間長，需要2天時(shí)間。一旦出現(xiàn)不合格，無法提前預(yù)測(cè)判斷，產(chǎn)品已經(jīng)包裝入庫，改變牌號(hào)，需要重新倒袋，增加生產(chǎn)成本。本文就纖維類聚丙烯樹脂生產(chǎn)控制、質(zhì)量檢測(cè)方法進(jìn)行了探討。

1 纖維類聚丙烯樹脂的質(zhì)量要求及其生產(chǎn)控制

聚丙烯纖維高速紡絲時(shí)噴頭拉伸高達(dá)30倍，剪切速率達(dá)24x104/秒，因此必須采用高熔體質(zhì)量流動(dòng)速率的聚丙烯樹脂。熔體質(zhì)量流動(dòng)速率相同的聚丙烯樹脂，分子量及其分布較小的變化可造成紡絲性能的根本性改變【1】[2]。

等規(guī)指數(shù)對(duì)聚丙烯的結(jié)晶性能起著決定性的作用。等規(guī)指數(shù)太低會(huì)降低細(xì)流強(qiáng)度，使細(xì)流粘、紡絲困難。一般紡短纖維要求等規(guī)指數(shù)大于95 %，紡細(xì)旦長纖維，要求等規(guī)指數(shù)大于97%。

丙烯聚合過程中因停留時(shí)間、溫度分布不均，產(chǎn)生的齊聚物稱凝膠粒子。纖維類聚丙烯樹脂的可紡性在很大程度上取決于凝膠粒子的含量。這種膠粒雖然具有相同的化學(xué)成分，但其物理性能卻相差很大。凝膠粒子的存在，破壞了熔體的均勻性，使熔體的拉伸性能大大降低，嚴(yán)重時(shí)造成斷頭，無法紡絲。一般控制凝膠粒子含量的指標(biāo)在1520平方厘米的薄膜中為【1】[2]：大凝膠（0.8 mm以上）：0個(gè);中凝膠（0.4～0.8 mm）：5個(gè)以下;小凝膠（0.2～0.4 mm）：50個(gè)以下。

灰分的多少標(biāo)志著無機(jī)雜質(zhì)的含量。無機(jī)雜質(zhì)的存在使紡絲性能和纖維質(zhì)量下降。高速紡時(shí)熔體通過量大，濾層負(fù)荷也大，要求灰分含量盡量低。

在聚丙烯生產(chǎn)中，主要通過控制產(chǎn)品熔體質(zhì)量流動(dòng)速率和等規(guī)指數(shù)控制產(chǎn)品質(zhì)量，對(duì)分子量分布的控制缺乏有效手段，一般實(shí)驗(yàn)室也無檢測(cè)方法，存在質(zhì)量控制風(fēng)險(xiǎn)。

2 纖維料聚丙烯產(chǎn)品的拉伸斷裂性能預(yù)測(cè)

在相同溫度不同負(fù)荷下測(cè)定的熔體質(zhì)量流動(dòng)速率之比稱流動(dòng)速率比，流動(dòng)速率比一般用來表征分子量分布對(duì)熱塑性塑料流變行為的影響【4】。在聚丙烯纖維料生產(chǎn)期間，對(duì)每一批產(chǎn)品，用2個(gè)砝碼做熔體質(zhì)量流動(dòng)速率，求得與標(biāo)準(zhǔn)條件下（1個(gè)砝碼）熔體質(zhì)量流動(dòng)速率結(jié)果之比，同時(shí)進(jìn)行斷裂應(yīng)力、斷裂標(biāo)稱應(yīng)變測(cè)定，以斷裂應(yīng)力與熔體質(zhì)量流動(dòng)速率比做曲線，以斷裂標(biāo)稱應(yīng)變與熔體質(zhì)量流動(dòng)速率比做曲線，見圖1：

由圖1、圖2可以看出，隨著熔體質(zhì)量流動(dòng)速率比增大，拉伸斷裂性能呈下降趨勢(shì)，而且穩(wěn)定性也變差。熔體質(zhì)量流動(dòng)速率比在2.570以下時(shí)，拉伸斷裂應(yīng)力在20Mpa以上，拉伸斷裂標(biāo)稱應(yīng)變?cè)?00以上，而且結(jié)果比較穩(wěn)定;熔體質(zhì)量流動(dòng)速率比高于2.570時(shí)，不穩(wěn)定，在2.706～2.80之間時(shí)，存在拉伸斷裂應(yīng)力、拉伸斷裂標(biāo)稱應(yīng)變不合格風(fēng)險(xiǎn)。

4 結(jié)論

在聚丙烯產(chǎn)品質(zhì)量控制中，熔體質(zhì)量流動(dòng)速率、等規(guī)度是兩個(gè)主要控制指標(biāo)。對(duì)于大部分聚丙烯產(chǎn)品，控制熔體質(zhì)量流動(dòng)速率、等規(guī)度就能有效控制產(chǎn)品質(zhì)量。對(duì)于纖維類聚丙烯樹脂，僅僅控制熔體質(zhì)量流動(dòng)速率、等規(guī)度是不夠的，還要對(duì)分子量分布、凝膠含量進(jìn)行控制。要克服聚丙烯生產(chǎn)控制熔體質(zhì)量流動(dòng)速率、等規(guī)度的固有思維，通過選擇合適的催化劑、控制合適的加氫量、控制聚合溫度防止局部高溫等措施，控制分子量分布、控制凝膠粒子。

纖維類聚丙烯樹脂生產(chǎn)，可以通過熔體質(zhì)量流動(dòng)速率比判斷分子量分布，預(yù)測(cè)拉伸斷裂性能，有效控制產(chǎn)品質(zhì)量。流動(dòng)速率比低于2.700，纖維料拉伸斷裂性能好，溫度、壓力對(duì)流變性能影響小;流動(dòng)速率比高于2.800，纖維料拉伸斷裂性能不穩(wěn)定;流動(dòng)速率比在2.700～2.800之間，纖維料拉伸斷裂性能最差，產(chǎn)品對(duì)溫度、壓力非常敏感，產(chǎn)品質(zhì)量存在不合格風(fēng)險(xiǎn)。

參考文獻(xiàn)

[1]丙綸高速紡工藝及對(duì)聚丙烯樹脂的質(zhì)量要求 魏東周 吳震球 劉靜 合成纖維工業(yè) 1984）1—）：43-17+62

[2]分子量分布對(duì)聚丙烯力學(xué)性能的影響 呂南斗 北京化工大學(xué)學(xué)報(bào) 1995（3）：53-57

[3]Ziegler-Natta催化體系中影響聚丙烯分子量分布的因素 張曉帆等 高分子通報(bào)，2010（12）：30-37

[4]GB/T3682.1 塑料 熱塑性塑料熔體質(zhì)量流動(dòng)速率和熔體體積流動(dòng)速率的測(cè)定 第一部分 標(biāo)準(zhǔn)方法。

作者簡介：曹永民，男，湖南岳陽人，本科，副主任工程師，從事石油化工檢驗(yàn)技術(shù)管理工作