吹塑工藝對雙峰HDPE薄膜落鏢沖擊性能的影響

孫風琴

（中國石化上海石油化工股份有限公司質量管理中心，上海市 200540）

由于高密度聚乙烯（HDPE）樹脂的韌性、強度、耐環境應力開裂性能均很好，被廣泛用于生產薄膜、管材、中空容器、電纜料、片材等。薄膜的落鏢沖擊破損質量是表征樹脂韌性的一項重要指標，也是HDPE薄膜的一項重要力學性能。隨著薄膜用HDPE密度的增加和熔體流動速率（MFR）的降低，其相對分子質量分布變窄，用其所制薄膜的落鏢沖擊破損質量隨之增大，反之則下降。HDPE的性能與其結晶相和非晶相的相對含量有很大關系，在非晶相狀態下所制薄膜具有較高的落鏢沖擊破損質量。

相對分子質量分布曲線呈雙峰（簡稱雙峰）的HDPE樹脂中，高相對分子質量部分可以保證薄膜的機械強度，低相對分子質量部分起潤滑作用，可以改善其加工性能。而傳統的薄膜專用HDPE樹脂的相對分子質量分布曲線呈單峰，因此，雙峰HDPE樹脂具有更好的加工性能。因雙峰HDPE所具有的特殊性能，用其吹塑薄膜時無法采用普通的工藝條件，所以，需要在不斷摸索實驗中尋找合適的吹塑薄膜的工藝條件，從而真實反映出樹脂的抗沖擊性能。本工作所用國產雙峰HDPE MH602是在國內首家引進的北歐化工公司聚乙烯裝置上生產的薄膜專用樹脂。研究了采用HDPE MH602吹塑薄膜時，熔體溫度、吹脹比、冷卻線高度、環境溫度等對薄膜落鏢沖擊破損質量的影響程度及影響規律。

1 實驗部分

1.1 主要原料

用進口催化劑生產的HDPE MH602（試樣1），采用國產催化劑生產的HDPE MH602（試樣2），MFR（負荷21.6 kg）均為6.0 g/10 min，密度均為0.946 0 g/cm3，中國石化上海石油化工股份有限公司生產。

1.2 主要儀器與設備

MA-2600型薄膜吹塑機，加拿大Zambell公司生產，擠出機口模直徑為150 mm。6206.000型落鏢沖擊儀，意大利Ceast公司生產。表式測厚儀，上海量具刃具有限公司生產。

1.3 薄膜制備

制備薄膜時的熔體溫度為（220±20）℃，吹脹比為（3.0～4.5）∶1.0，薄膜折徑為1 000 mm，薄膜厚度為15 μm。

1.4 性能測試

薄膜試樣不少于20 個。試樣的狀態調節按GB/T 2918—1998進行，狀態調節時間大于40 h。落鏢沖擊破損質量按GB/T 9639.1—2008中的方法A測試。

2 結果和討論

2.1 熔體溫度對薄膜落鏢沖擊破損質量的影響

如果熔體溫度偏低，樹脂的塑化、均勻混合效果不佳，薄膜表面平整性變差，模頭間隙處會出現熔體斷裂（鯊魚皮）的現象；熔體溫度太高，膜泡穩定性變差，制成的薄膜厚度不均勻，甚至導致樹脂分子降解，嚴重影響薄膜的落鏢沖擊破損質量。固定冷卻線高度為1 800 mm，吹脹比為4.0∶1.0，從表1看出：熔體溫度為220 ℃時，用這兩個試樣所制薄膜的落鏢沖擊破損質量均最大。

表1 熔體溫度對薄膜落鏢沖擊破損質量的影響Tab.1 Influence of the melt temperature on the falling dart impact failure mass of the films

2.2 吹脹比對薄膜落鏢沖擊破損質量的影響

吹脹比是膜管直徑與口膜直徑之比，其大小直接影響薄膜的強度等性能[1]。增加吹脹比意味著樹脂的分子鏈在橫向的取向加強，在一定程度上降低了縱向的取向，從而增加了薄膜橫向的拉伸強度，降低了橫向的斷裂拉伸應變。冷卻線高度也同時增加時，一致的取向將改變薄膜落鏢沖擊破損質量，縱向和橫向的耐撕裂性能趨向一致。當然，吹脹比太大會迅速降低橫向的斷裂拉伸應變，導致薄膜厚度的波動增大，膜泡的穩定性變差，易使薄膜產生皺褶，降低薄膜的外觀質量和力學性能[2]。根據Q/SH 3045003.2—2011中薄膜折徑和厚度要求，采用試樣1在220 ℃，冷卻線高度1 800 mm的條件下，吹脹比分別為3.0∶1.0，4.0∶1.0，4.5∶1.0時，所制薄膜的落鏢沖擊破損質量分別為374，398，360 g。由此看出：用HDPE MH602吹塑薄膜時，吹脹比取4.0∶1.0更合適。

2.3 冷卻線高度對薄膜落鏢沖擊破損質量的影響

在溫度為220 ℃，吹脹比為4.0∶1.0的條件下，從表2可以看出：在冷卻線高度為1 800 mm時，用試樣1所制薄膜的落鏢沖擊破損質量最佳；在冷卻線高度為1 200 mm時，用試樣2所制薄膜的落鏢沖擊破損質量最大。這是因為采用進口催化劑生產的MH602的膨脹系數好于采用國產催化劑生產的MH602。

表2 冷卻線高度對薄膜落鏢沖擊破損質量的影響Tab.2 Influence of the cooling line height on the falling dart impact failure mass of the films

2.4 環境溫度對薄膜落鏢沖擊破損質量的影響

環境溫度的高低直接影響薄膜在成型時高分子鏈在橫向和縱向的取向，合適的環境溫度對雙峰HDPE薄膜的制備至關重要[3]。熔體溫度為220℃，吹脹比為4.0∶1.0時，從表3看出：環境溫度為20～25 ℃，用這兩個試樣所制薄膜的落鏢沖擊破損質量均最大，且相差不大。環境溫度大于25 ℃或小于20 ℃時，薄膜的落鏢沖擊破損質量均呈下降趨勢。因此，用雙峰HDPE MH602吹塑薄膜的最佳環境溫度為20～25 ℃。

表3 環境溫度與薄膜落鏢沖擊破損質量的關系Tab.3 Relation between the ambient temperature and the falling dart impact failure mass of the films

2.5 正交試驗

為進一步確定熔體溫度、吹脹比以及冷卻線高度對HDPE MH602薄膜落鏢沖擊破損質量的影響程度，控制環境溫度在20～25 ℃，用試樣1進行正交試驗，正交表L9（34）見表4。

從表5看出：在試驗5的條件下薄膜的落鏢沖擊破損質量最大，驗證了用試樣1吹塑薄膜的最佳工藝條件為：熔體溫度220 ℃，吹脹比4.0∶1.0，冷卻線高度1 800 mm。從三個因素的極差[R中最大值與最小值之差）]看，C因素（即冷卻線高度）的R最大，說明冷卻線高度對薄膜落鏢沖擊破損質量影響較為顯著，其次是A因素（即熔體溫度），而B因素（即吹脹比）對其影響較小。

表4 正交試驗的水平和因素Tab.4 The levels and factors of the orthogonal experiment

3 結論

a）采用雙峰HDPE MH602吹塑薄膜的最佳工藝條件為：熔體溫度220 ℃，吹脹比4.0∶1.0；采用進口催化劑生產的MH602吹塑薄膜時的冷卻線高度為1 800 mm，采用國產催化劑生產的MH602吹塑薄膜時的冷卻線高度為1 200 mm；環境溫度最好控制在20～25 ℃。

b）在熔體溫度、吹脹比、冷卻線高度等吹塑薄膜工藝條件中，冷卻線高度和熔體溫度對薄膜落鏢沖擊破損質量影響較為顯著。

表5 正交試驗測試結果Tab.5 The test results of the orthogonal experiment

[1] 桂祖桐,謝建玲.聚乙烯樹脂及其應用[M].北京: 化學工業出版社，2004: 263-269.

[2] 師洪俊，毛炳權，范繼寬，等. 合成樹脂及塑料技術全書[M].北京: 中國石化出版社，2005: 46-49.

[3] 周維祥. 塑料測試技術[M].北京: 化學工業出版社，1997: 77-80.