二元乙丙橡膠包裝膜拉伸強(qiáng)度的測定研究

孫文秀,石捷強(qiáng),周淑花

(中國石油吉林石化公司 研究院，吉林 吉林 132021)

目前，國內(nèi)二元乙丙橡膠包裝內(nèi)襯為聚乙烯薄膜，用戶使用二元乙丙橡膠用于潤滑油之前必須把內(nèi)襯包裝膜扒掉，否則因?yàn)榫垡蚁﹥?nèi)襯膜不溶于潤滑油而出現(xiàn)不溶物，導(dǎo)致潤滑油無法繼續(xù)使用[1-4]。由于二元乙丙橡膠(EPM)的門尼黏度低，性狀黏軟，有冷流現(xiàn)象[5-8]，包裝內(nèi)襯膜較難扒脫，為此，要研發(fā)一種新的包裝內(nèi)膜替代現(xiàn)用聚乙烯內(nèi)襯膜。研發(fā)的內(nèi)襯膜無需剝離，能隨同EPM較好地溶于潤滑油，但也要求這種內(nèi)襯膜具有一定的拉伸強(qiáng)度，起到內(nèi)包裝的作用。在研發(fā)過程中薄膜拉伸強(qiáng)度是一項(xiàng)重要的測試指標(biāo)。在沒有測試方法可依據(jù)的情況下，作者通過一系列實(shí)驗(yàn)，最終確定了適用于本實(shí)驗(yàn)的薄膜拉伸強(qiáng)度的測試方法，為研究替代包裝膜提供了分析數(shù)據(jù)的支持。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 原料與儀器

J-0010包裝膜：中國石油吉林石化公司有機(jī)合成廠；1#、2#、3#、4#包裝膜:研發(fā)膜，中國石油吉林石化公司研究院。

厚層切紙機(jī)：868，上海云廣機(jī)械制造有限公司；標(biāo)準(zhǔn)切刀：5型(啞鈴型)、切片機(jī)：GT-7016-A、測厚儀：GT-313-Al，臺灣高鐵科技股份有限公司；電子萬能試驗(yàn)機(jī)：WDW-20，上海華龍測試儀器股份有限公司。

1.2 試樣型狀

2型試樣：寬度10 mm，長度150 mm的長型樣條；5型試樣：窄部寬度為(6±0.4)mm的啞鈴型樣條。

1.3 儀器工作條件

預(yù)加載速度：10 mm/min；預(yù)加載目標(biāo)值：0.2 N；拉伸速度：500 mm/min。

1.4 樣品處理

2型試樣裁切：將待測塑料薄膜平整夾于兩張A4打印紙中間。其中，薄膜上層的打印紙正面是具有行高、列寬的多行表格。將夾有待裁切塑料薄膜的打印紙固定在切紙機(jī)上，見圖1。

圖1 用切紙機(jī)裁2型試樣

按表格上的邊框線和網(wǎng)格線準(zhǔn)確切割打印紙，做到一次切透兩層打印紙，取出切下的紙條，中間的塑料條便是所要的待測樣條，見圖2。檢查樣條邊緣應(yīng)光滑無缺口。

圖2 2型試樣

5型試樣裁切：將待測塑料薄膜平整鋪在兩張A4紙上面，薄膜上面放好5型標(biāo)準(zhǔn)切刀，切片機(jī)對切刀施加負(fù)荷后，沖切得到5型試樣，見圖3。樣條邊緣應(yīng)光滑無損。

圖3 5型試樣

1.5 試樣狀態(tài)調(diào)節(jié)和實(shí)驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境

按GB/T 2918—1998[9]規(guī)定進(jìn)行狀態(tài)調(diào)節(jié)，溫度為(23±2)℃，狀態(tài)調(diào)節(jié)時間不少于4 h，并在此條件下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

1.6 拉伸強(qiáng)度的測定

實(shí)驗(yàn)前，將萬能試驗(yàn)機(jī)的夾具換成傳感器適于測薄膜拉伸強(qiáng)度的夾具。開啟工作站和萬能試驗(yàn)機(jī)，用“試驗(yàn)軟件”進(jìn)行拉伸測試。實(shí)驗(yàn)結(jié)束，工作站顯示本次拉伸強(qiáng)度的測試結(jié)果，平行試樣數(shù)量不少于5個。工作軟件直接顯示的拉伸強(qiáng)度結(jié)果通過公式(1)、(2)[10]計(jì)算得到：

(1)

A=b×h

(2)

式中，σM為拉伸強(qiáng)度，MPa；F為所測的拉伸負(fù)荷，N；A為試樣原始橫截面積，mm2；b為試樣中部寬度，mm；h為試樣厚度，mm。

2 結(jié)果與討論

2.1 試樣型號的確定

GB/T 1040.3—2006[11]中對塑料薄膜拉伸性能的測定給出了多種樣型。近年來，薄膜拉伸性能測試的樣型無論是國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 1040.3—2006 還是ASTM D882—2012[12]都明確規(guī)定：當(dāng)受試材料規(guī)范無特別強(qiáng)調(diào)時，優(yōu)先選用2型試樣。所以實(shí)驗(yàn)按標(biāo)準(zhǔn)推薦首先選用上述1.2中的2型試樣。

用2型試樣，夾具間的距離設(shè)為標(biāo)準(zhǔn)距離(100±5)mm，按1.3給出的儀器工作條件測J-0010包裝膜的拉伸強(qiáng)度，平行測定5次。5次測試上夾具移動到拉伸機(jī)行程限高時，試樣都沒斷裂，人工結(jié)束測試。拉伸強(qiáng)度測試結(jié)果見表1，測試曲線見圖4。

表1 J-0010膜2型試樣拉伸性能測試結(jié)果

由表1可見，用2型試樣測J-0010包裝膜的拉伸強(qiáng)度，σM>8.28MPa，拉伸斷裂標(biāo)稱應(yīng)變ε>660%。2型試樣只能給出σM>8.28 MPa的結(jié)論。這種數(shù)據(jù)模式不利于比較替代薄膜和現(xiàn)用薄膜的拉伸強(qiáng)度。

由圖4可見，J-0010包裝膜是典型的韌性材料，拉伸斷裂標(biāo)稱應(yīng)變較大。

伸長位移/mm圖4 J-0010膜2型試樣拉伸性能測試曲線

對類似于J-0010包裝膜這種有很高拉伸應(yīng)變，超過試驗(yàn)機(jī)行程限度的樣品，國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 1040.3—2006給出處理辦法是允許把夾具間的初始距離減少到50 mm。

用2型試樣，夾具間的初始距離減少到50 mm，其余條件不變，再測J-0010包裝膜拉伸強(qiáng)度。J-0010包裝膜試樣在儀器限高內(nèi)能夠斷裂，但都是在肩部斷裂[13]。肩部斷裂為無效斷裂，得到的數(shù)據(jù)不應(yīng)用來分析結(jié)果。如果多數(shù)的破壞出現(xiàn)在可接受破壞判據(jù)以外時，GB/T 1040.3—2006建議這種情況最好用啞鈴型試樣。

J-0010包裝膜沖切出5型啞鈴型試樣，按1.3給出的儀器工作條件測J-0010包裝膜的拉伸強(qiáng)度，試樣在儀器行程限高內(nèi)斷裂，并且斷裂位置都在標(biāo)距以內(nèi)，是有效斷裂。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表2，拉伸性能測試曲線見圖5。

表2 J-0010膜5型試樣拉伸性能測試結(jié)果

由表2可見，用5型試樣測J-0010包裝膜的拉伸強(qiáng)度，σM=12.6 MPa，拉伸斷裂標(biāo)稱應(yīng)變ε=440%。由圖5可見，J-0010包裝膜5次測試都在拉伸機(jī)行程限高內(nèi)斷裂。

用2型試樣和5型試樣分別對J-0010包裝膜進(jìn)行拉伸實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明測試二元乙丙橡膠包裝膜拉伸強(qiáng)度試樣應(yīng)該選用5型試樣。

伸長位移/mm圖5 J-0010膜5型試樣拉伸性能測試曲線

2.2 拉伸速度的確定

GB/T 1040.3—2006中規(guī)定：薄膜的實(shí)驗(yàn)速度為100、200、300和500 mm/min。實(shí)驗(yàn)所用速度也是要確定的測試條件。

1#薄膜沖切出5型試樣，按1.3設(shè)置儀器操作條件，試樣分別以100、200、300、500 mm/min的拉伸速度進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，每個拉伸速度平行測定5次。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表3。

表3 1#薄膜不同拉伸速度測定的拉伸強(qiáng)度 σM/MPa

由表3可見，在不同的拉伸速度下測得的拉伸強(qiáng)度沒有顯著的變化，表明韌性塑料對拉伸速度的敏感性小，所以可以采用較高的拉伸速度，以縮短實(shí)驗(yàn)周期，提高效率。

ASTM D882—2012表述：拉伸斷裂標(biāo)稱應(yīng)變大于100%時，拉伸速度為(500±50) mm/min。實(shí)驗(yàn)中薄膜的拉伸斷裂標(biāo)稱應(yīng)變大于400%，所以拉伸強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)速度選定為(500±50) mm/min。

2.3 樣品測試

試樣型號和拉伸速度確定后，用5型試樣，500 mm/min的拉伸速度測2#、3#、4#研發(fā)膜的拉伸強(qiáng)度，每個樣品平行測定5次，測試結(jié)果見表4。

表4 研發(fā)薄膜拉伸強(qiáng)度測試結(jié)果 σM/MPa

由表4可見，選用5型試樣和500 mm/min的拉伸速度測試薄膜的拉伸強(qiáng)度能夠滿足測試要求，為工藝研究提供分析依據(jù)。

3 結(jié) 論

(1) 在沒有2型試樣標(biāo)準(zhǔn)切刀的情況下，將切紙機(jī)和計(jì)算機(jī)技術(shù)結(jié)合，裁切出合格的2型試樣；

(2) 通過比較J-0010包裝膜2型試樣和5型試樣的拉伸強(qiáng)度，測試方法選用5型試樣；

(3) 分別以多種加載速度測試包裝膜的拉伸強(qiáng)度后，實(shí)驗(yàn)選定拉伸速度為(500±50) mm/min，以縮短實(shí)驗(yàn)周期，提高測試效率；

(4) 薄膜拉伸強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)方法的建立可以為研究人員提供所需要的分析測試數(shù)據(jù)。

參 考 文 獻(xiàn)：

[1] 吳貽珍.乙丙橡膠開發(fā)和應(yīng)用研究進(jìn)展[J].橡膠工業(yè)，2012，59(2)：118-127.

[2] 張和平.POE樹脂改性CPP薄膜的性能研究[J].包裝工程，2012,33(19)：51-53.

[3] 蘭黃鮮，謝東梅，弄慶強(qiáng)，等.聚乙烯透氣膜專用料的制備[J].塑料科技，2011，39(3)：57-60.

[4] 陳斌康.我國BOPP薄膜及專用料的市場與發(fā)展[J].石油化工技術(shù)與經(jīng)濟(jì)，2010，26(5)：23-25.

[5] 金春玉，趙欣，苑立強(qiáng)，等.乙丙橡膠包裝膜的評價[J].彈性體，2015，25(5)：69-71.

[6] 崔華，郭陽，孫文秀，等.潤滑油黏度指數(shù)改進(jìn)劑用乙丙共聚物研究進(jìn)展[J].彈性體，2016，26(5)：89-91.

[7] 關(guān)穎.國內(nèi)外乙丙橡膠市場及進(jìn)出口分析[J].中國橡膠，2013，29(6)：21-27.

[8] 張心玲，王超.黏度指數(shù)改進(jìn)劑的發(fā)展現(xiàn)狀[J].潤滑油與燃料，2014，24(1)：11-14.

[9] 全國塑料標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會塑料樹脂產(chǎn)品分會.GB/T 2918—1998塑料 試樣狀態(tài)調(diào)節(jié)和試驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，1998：2.

[10] 全國塑料標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會塑料樹脂產(chǎn)品分會.GB/T 1040.1—2006 塑料 拉伸性能的測定 第1部分：總則[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2006：3-7.

[11] 全國塑料標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會塑料樹脂產(chǎn)品分會.GB/T 1040.3—2006 塑料 拉伸性能的測定 第3部分：薄膜和薄片的試驗(yàn)條件[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2006：1-3.

[12] 美國材料與試驗(yàn)協(xié)會.ASTM D882—2012塑料片材拉伸性能的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法[S].美國費(fèi)城：試驗(yàn)與材料學(xué)會出版社，2011：3.

[13] 周維祥.塑料測試技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1999：51.