LDPE含量對LLDPE/LDPE共混物性能的影響

秦小梅，李樹材，李 邦

(天津科技大學材料科學與化學工程學院，天津 300457)

LDPE含量對LLDPE/LDPE共混物性能的影響

秦小梅，李樹材，李 邦

(天津科技大學材料科學與化學工程學院，天津 300457)

以線性低密度聚乙烯(LLDPE)與低密度聚乙烯(LDPE)為原料，經Brabender擠出機熔融吹膜制備出LLDPE/LDPE共混膜，并借助差示掃描量熱儀(DSC)、偏光顯微鏡(POM)、電子萬能試驗機和毛細管流變儀研究了LLDPE/LDPE共混物的結晶行為、結晶形態、力學性能以及熔體流變性能．結果表明：加入適量LDPE后，共混膜仍然具有較好的綜合力學性能．隨著LDPE質量分數的增加，共混物的結晶度下降，晶粒尺寸減小；共混物的熔體流變性能提高．

線性低密度聚乙烯；低密度聚乙烯；共混膜；結晶；力學性能；流變

Abstract：Linear low density polyethylene(LLDPE)/low density polyethylene(LDPE)blend film was prepared through melt blow ing by Brabender extruder. The crystallization behavior and crystal morphology of the blend were characterized by DSC and POM. In addition，mechanical properties and melt rheological properties of the blend film were investigated. The results indicate that the comprehensive mechanical properties of the blend film can still keep fine after adding appropriate amount LDPE. The crystallinity and grain size of the blend decrease and melt rheological properties are improved w ith the increase of LDPE.

Keywords：LLDPE；LDPE；blend film；crystallization；mechanical properties；rheological

線性低密度聚乙烯(LLDPE)是20世紀70年代開發成功的乙烯與α–烯烴的共聚物，其分子呈線型結構，分子鏈上含有一定數量的短支鏈，分子鏈之間堆砌較為規整，結晶度較高，因此其拉伸強度、撕裂強度、耐穿刺性和斷裂伸長率均較高，具有良好的綜合性能[1–7]．由于這些突出優點，LLDPE廣泛用于制備各種薄膜．盡管如此，LLDPE薄膜也存在不足，如較高的結晶度導致薄膜的透明性較差；較短的支鏈和較窄的相對分子質量分布使LLDPE熔體黏度高，比熔體流動速率相同的LDPE更難加工[8]．而LDPE透明性好，易于加工，因此，若在LLDPE中混入一定量LDPE，則可改善其光學性能與加工性能．

本文將LLDPE與LDPE按不同配比共混，制備出共混薄膜，研究了LDPE質量分數對LLDPE/LDPE共混膜的結晶性能、結晶形態、力學性能以及熔體流變性能的影響．

1 材料與方法

1.1 原料與儀器

線性低密度聚乙烯，9086，中國石油化工股份有限公司天津分公司，熔體質量流動速率MFR(190，2.16)＝0.929,g/10,m in；低密度聚乙烯(LDPE)，1810D，中國石油蘭州石化公司，MFR(230，2.16)＝0.261,g/10,m in．

PLE330型塑化儀，德國Brabender公司；DSC141型差示掃描量熱儀，法國塞特拉姆公司；XPT–7型偏光顯微鏡(POM)，江南光學儀器廠；RH2000型毛細管流變儀，英國BOHLIN公司；CMT4503型電子萬能試驗機，深圳新三思材料檢測有限公司．

1.2 LLDPE/LDPE共混膜的制備

將LLDPE、LDPE按一定質量比混合，在Brabender塑化儀中熔融擠出吹制成膜．擠出機的4段溫度設定分別為130、150、170、180,℃；螺桿轉速為25,r/min．

1.3 性能測試

采取升—降—升的控溫方式，將適量樣品置于差示掃描量熱儀中，先以10,℃/m in的升溫速率從室溫升至200,℃，恒溫3,m in，消除熱歷史，再以10,℃/m in的速率降溫至室溫，然后以相同的升溫速率再次升溫至200,℃，分別記錄結晶曲線和熔融曲線以及試樣的結晶焓、結晶溫度、熔融焓和熔融溫度．

取少量薄膜試樣置于顯微鏡的載玻片上，在180,℃充分熔融，蓋上蓋玻片，加壓成膜．恒溫10,m in后，自然冷卻至室溫，得到偏光顯微鏡試樣，再觀察球晶形態．

采用毛細管流變儀在180,℃測試共混物熔體的流變性能．儀器中毛細管的直徑為1,mm，長徑比為36/1．忽略入口校正，但做Rabinow itsch修正．剪切應力為 τ，校正剪切速率為 γ，熔體黏度按公式 η＝τ/γ進行計算．

按照GB/T 13022—1991《塑料·薄膜拉伸性能試驗方法》，采用電子萬能試驗機測試試樣拉伸強度及斷裂伸長率，拉伸速率200,mm/m in；直角撕裂性能按標準QB/T 1130—1991《塑料直角撕裂性能試驗方法》測試，撕裂速率200,mm/m in．

2 結果與討論

2.1 LLDPE/LDPE共混物的結晶行為

表1為LLDPE及LLDPE/LDPE共混物的DSC測試結果，圖1為相應的熔融和結晶DSC曲線．由圖1可知，熔融及結晶曲線均呈現單峰，說明LLDPE與LDPE相容性良好，形成共晶，共晶的方式可能是LDPE的長支鏈中，離支化點較遠的鏈節參與LLDPE分子鏈節的晶格，共同組成晶片[9]．

純LLDPE的熔點為122.91,℃，加入LDPE后共混物的熔融溫度有所降低，這是由于LDPE分子鏈結構不規整，且長支鏈阻礙了LLDPE的規整堆砌，使晶體結構不完善所致．

表1 LLDPE/LDPE共混物的DSC測試結果Tab.1 DSC testing results of LLDPE/LDPE blend film

圖1 LLDPE/LDPE共混物的DSC曲線Fig.1 DSC curves of LLDPE/LDPE blend

此外，由試樣熔融過程中的熔融熱焓，依據公式Xc＝(ΔHm/ΔH0)×100%計算共混物的結晶度．其中，ΔHm和ΔH0分別表示試樣的熔融焓和100%結晶試樣的熔融焓．由表1可知，隨著共混物中LDPE含量的增加，共混物的熔融焓降低，而 ΔH0為一定值，因此共混物的結晶度降低．這是因為LDPE的結晶能力比LLDPE差，它的加入也降低了LLDPE結晶能力的緣故．而薄膜的透光性與結晶度成反比關系[10]，由此可以推斷，LDPE的加入可改善LLDPE薄膜的光學性能．

2.2 LLDPE/LDPE共混物的結晶形態

圖2為不同LDPE質量分數共混物的偏光顯微鏡照片．由圖2(a)可知，純LLDPE呈現明顯的黑十字消光現象，球晶尺寸較大．而加入LDPE后，共混物的黑十字消光現象減弱，晶粒尺寸變小．說明LDPE的加入破壞了LLDPE結晶能力，結晶結構不再完整，結晶度也隨之下降[6]，偏光顯微鏡結果與DSC的結果一致．

圖2 LLDPE/LDPE共混膜偏光顯微鏡照片Fig.2 POM photos of LLDPE/LDPE blend film

2.3 LLDPE/LDPE共混膜的力學性能

LLDPE/LDPE共混膜的力學性能見表2．可以看出，隨著LDPE質量分數的增加，共混膜的拉伸強度和斷裂伸長率均降低，這是由于LDPE本身的拉伸性能較LLDPE差，并且LDPE的加入使共混膜結晶度下降所致．值得注意的是，共混膜的直角撕裂強度卻隨著LDPE質量分數的增加而增大，這可能是由于LDPE的長支鏈在大分子間形成物理纏結點，使分子間作用力增強的緣故．由此可見，加入適量的LDPE后，LLDPE/LDPE共混膜仍能維持較好的綜合力學性能．

表2 LLDPE/LDPE共混膜的力學性能Tab.2 M echanical properties of LLDPE/LDPE blend film s

2.4 LLDPE/LDPE毛細管流變性能

LLDPE/LDPE共混物的熔體黏度與剪切速率的關系如圖3所示．LDPE質量分數一定時，共混物的熔體黏度均隨著剪切速率的增大而減小，屬于切力變稀的假塑性流體，符合冪率流體方程．這是因為隨著剪切速率增加，大分子鏈容易改變構象，通過鏈段運動破壞了原有的分子鏈間的纏結，降低了流動阻力，從而熔體黏度下降．

圖3 LLDPE/LDPE剪切速率與熔體黏度關系Fig.3 Relationship between γ and η

在一定的剪切速率范圍內，當剪切速率恒定時，純LLDPE的熔體黏度最大，隨著LDPE質量分數增加，共混物的熔體黏度逐漸降低，說明LDPE的加入可改善LLDPE的熔體流變性能．這是因為加入LDPE后，其長支鏈使分子間的纏結點增多[11]，從而解纏效應更加顯著，對剪切作用敏感性增強，因而使共混體系的熔體黏度降低．

然而在高剪切速率區，共混物的熔體黏度隨LDPE質量分數增加而降低的幅度變小，甚至黏度曲線相互重合，說明共混體系的黏度對大分子鏈結構的依賴性隨著剪切速率的增加而減弱．這是因為在高剪切速率下，所有大分子鏈間的纏結幾乎完全被破壞，而新的纏結來不及形成，即解纏速率遠大于纏結速率的緣故．

3 結 論

(1),隨著LDPE質量分數的增加，LLDPE/LDPE共混物的熔融溫度和結晶溫度略有下降；結晶度降低，晶粒尺寸減小．

(2),加入適量LDPE，共混膜的拉伸強度下降不大，且撕裂強度增加，其綜合力學性能依然良好．

(3),在一定剪切速率范圍內，共混物的熔體黏度較純LLDPE低，且隨著LDPE質量分數的增加而減小，說明LDPE的加入可改善LLDPE的熔體流變性能．

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Effect of LDPE Content on Properties of LLDPE/LDPE Blend

QIN Xiao-mei，LI Shu-cai，LI Bang
(College of Material Science and Chemical Engineering，Tianjin University of Science & Technology，Tianjin 300457，China)

TQ322.2

A

1672-6510(2011)02-0037-04

2010–09–08；

2010–10–26

秦小梅（1985—），女，四川內江人，碩士研究生；通信作者：李樹材，教授，博士生導師，lishuc@tust.edu.cn.