重復加工對通用塑料力學性能和分子量影響的研究*

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

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重復加工對通用塑料力學性能和分子量影響的研究*

賀媛，胡達恒，張止毓，王志偉，劉震
(西北民族大學，甘肅蘭州730000)

摘要：使用多次擠出法研究了重復加工對聚丙烯、高密度聚乙烯、低密度聚乙烯等通用塑料硬度、力學性能、斷裂行為的影響。使用粘度法研究了重復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;通用塑料；重復加工；流變性能；力學性能；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利用具有重要的指導意義。

1　實驗部分

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),濟寧宏明化學試劑有限公司。

1.2實驗設備及儀器

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

1.3實驗方法

采用雙螺桿擠出機制備樣料，溫度設定220℃、轉(zhuǎn)速350r/min。在同樣的實驗條件下，將實驗原料重復擠出6次，每次擠出后存留部分樣品，樣料采用注塑成型機在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

使用萬能實驗儀，用國家標準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，用國家標準按GBT6031—1998測定材料硬度。

1.4.3分子量的測定

使用烏氏粘度計采用粘度法測定樣品分子量。

2　結(jié)果與討論

2.1重復加工對材料拉伸性能的影響

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

圖1　重復加工對于塑料拉伸強度的影響

從圖1可以看出，隨著加工次數(shù)的增加，3種塑料的拉伸強度均為先增加再減小，這可能是因為在重復加工過程中因為多次擠出使其在徑向具有一定的晶體取向，從而增加了其拉伸強度。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度，從而增加材料的拉伸強度。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，進一步研究了重復加工對于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加工以后仍然可以具有較好性能，可以重復加工使用。

2.2重復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。研究了多次重復加工對于材料硬度影響的研究。

圖3　重復加工對于塑料硬度的影響

從圖3可以看出，隨著重復加工次數(shù)的增加，3種材料的硬度均有所下降，但是下降不大。這應該是由于多次重復加工后，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加工后聚合物分子量。

圖4　重復加工對聚合物分子量影響

圖4可以看出，隨著重復加工次數(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性能下降[6]。

3　結(jié)論

本實驗研究了6次重復擠出對于LDPE,HDPE, PP的拉伸性能、硬度和分子量的影響。結(jié)果表明隨著重復加工的進行，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加工使用。

參考文獻：

[1]許國志，凌偉，楊林.回收聚乙烯再生料補強增韌改性研究[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)晶度及力學性能的影響[J].貴州科學,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性能和結(jié)晶行為的影響[J].高分子材料科學與工程，1996(1):41-46.

*基金項目：中央高校基金項目(項目編號:31920140100)。

中圖分類號：TB324