標準化在測試CPP拉伸黏度中的應用

吳春霜，張貴棉，陳清玉

標準化在測試CPP拉伸黏度中的應用

吳春霜1,2，張貴棉1,2，陳清玉1,2

1.中國石油獨山子石化分公司研究院（新疆獨山子833699）
2.新疆橡塑材料實驗室（新疆獨山子833699）

用Rheotens拉伸流變儀測試CPP拉伸黏度時,影響因素有溫度、測量輪對間的距離、擠出速率、拉伸加速度，在測試條件不當時往往會造成CPP拉伸黏度的偏差較大。通過正交試驗L9（34）研究影響因素的顯著性，方差分析結果表明，溫度、測量輪對間的距離、拉伸加速度對拉伸黏度的影響顯著，擠出速率影響不明顯。通過正交試驗，確定在測試溫度為160～170℃，測量輪對間的距離為0.25mm，拉伸加速率為36mm·s-2，擠出速率為0.3mm·s-1時測試CPP拉伸黏度，其相對平均偏差小于等于20%，并將該條件標準化，最終減少了不必要的重復性勞動，保證了測試結果的重復性及可靠性。

聚丙烯流延膜（CPP）；拉伸黏度；拉伸流變儀；正交試驗；影響因素；標準化

聚合物熔體或溶液的黏度是一個重要的材料參數[1]。Rheotens拉伸流變儀測試拉伸黏度易于操作，數據重現性好[2]，但文獻[3]說Rheotens拉伸流變儀測試聚烯烴的拉伸流變性能時重復性不好。在使用Rheotens拉伸流變儀測試聚丙烯流延膜（以下簡稱CPP）的拉伸黏度的過程中發現，主要原因是CPP的拉伸黏度偏差較大。研究用正交試驗設計找出了影響CPP拉伸黏度測試結果偏差較大的顯著影響因素，確定了測試條件，為了鞏固研究成果、減少不必要的重復勞動、降低成本，特將該測試條件進行標準化，納入了中國石油獨山子石化分公司（以上簡稱獨山子石化公司）研究院標準中，在以后的CPP評價工作中均運用該標準進行測試分析，以獲得可靠的測試結果。

1 試驗部分

1.1原料

CPP，W0723F，熔體流動速率7.30g/10min (2.16kg)，獨山子石化公司生產；W725EF，熔體流動速率7.90g/10min(2.16kg)，獨山子石化公司生產；C5908，熔體流動速率8.40g/10min(2.16kg)，燕山石化生產；7632L，熔體流動速率6.50g/10min(2.16kg)，新加坡生產；7642，6.70g/10min(2.16kg)，韓國三星生產。

1.2儀器

毛細管流變儀，Rheo-Tester 2000，德國Gottffert公司生產。熔體拉伸流變儀，Rheotens 71.97型，德國Gottffert公司生產。毛細管到測量輪對間的距離為102mm，毛細管直徑為2mm，長徑比為10∶1。

2 結果與討論

2.1正交試驗設計

用Rheotens 71.97型拉伸流變儀測試CPP的拉伸黏度時，影響測試結果的外部試驗條件有試驗溫度、擠出速率、拉伸加速度、測量輪對間的距離等條件，當測試條件不合適時會使同一高聚物拉伸黏度相差甚遠。根據測試過程及文獻調研，溫度、測量輪對間的距離、拉伸加速度和擠出速率為影響測試結果的主要因素，因此采用正交試驗對上述結果進行了分析。

2.1.1 溫度對拉伸黏度的影響

溫度是影響熔體拉伸黏度最重要的因素，隨著溫度升高，在其他條件相同時，聚合物熔體的拉伸黏度都會有所下降[3]。CPP相對分子質量偏小（相對管材、中空等原料而言），其拉伸黏度也偏小（190℃時），因此要想用熔體拉伸儀測試其拉伸黏度，合適的溫度是試驗的最基本條件。

2.1.2 擠出速率對拉伸黏度的影響

在溫度等條件相同時，隨擠出速度的增加，相同應變速率下，熔體的拉伸應力和拉伸黏度都有所降低。在測量過程中，應該適當的提高擠出速率，使熔體拉伸盡量接近于等溫狀態。

2.1.3 其他條件對拉伸黏度的影響

試驗過程、拉伸加速度及測量輪對間的距離對聚丙烯拉抻黏度可能有一定的影響[4]，但影響效果需要試驗進行驗證。

2.2正交試驗設計

測試CPP拉伸黏度的外部影響因素有：溫度、測量輪對間的距離、拉伸加速度和擠出速率。本文用正交試驗L9（34）來確定這4個因素對CPP拉伸黏度測試的影響效果。根據試驗經驗，確定正交試驗的因素水平，見表1。

表1 CPP正交試驗L9（34）因素水平表

2.3試驗結果與處理

根據表1試驗條件，按正交表L9（34）對CPPW0723F進行拉伸流變試驗。本次正交試驗的考察指標是拉伸黏度的相對平均偏差，由于1次試驗的數據可能不具有代表性，因此每個試驗重復進行3次，試驗安排及處理結果見表2。

根據表2計算因素的F值，再與F分布表中查出的相應的臨界值Fα(f因，fE)比較，判斷各因素顯著性的大小。通常，若F＞F0.01(f因，fE)，就稱該因素是高度顯著的，用2個星號表示；若F＜F0.01((f因，fE)，但F＞F0.05(f因，fE)，則稱該因素的影響是顯著的，用1個星號表示；若F＜F0.05(f因，fE)，就稱該因素的影響是不顯著的，不用星號表示。本次正交試驗的結果方差分析結果見表3。

從表3中可看到溫度、測量輪對間的距離、拉伸加速度的F值大于F0.10=2.668 17，說明溫度、測量輪對間的距離、拉伸加速度對聚丙烯流延拉伸黏度的相對平均偏差的影響非常顯著，擠出速率對測試結果的偏差影響不顯著。

表2 CPPW0723F正交試驗L9（34）結果與分析

表3 CPP重復觀測值正交試驗L9（34）的方差分析表

從表2的T1數據可看到，溫度的水平1相對平均偏差最?。ň∮?0%），但從正交試驗1～9的試驗過程中來看，如果試驗條件合適，溫度的水平2及水平3拉伸黏度的相對平均偏差小于20%。測量輪對間的距離的最佳條件是水平2(0.25mm)；擠出速率的水平3(0.3mm·s-1)相對平均偏差最小；拉伸加速度的最佳條件是水平3(36mm·s-2)。最終通過表2確定了測試CPP拉伸黏度的試驗條件。

2.4驗證試驗

為了驗證活動效果，按確認的試驗條件對W0723F、W725EF進行拉伸試驗，其拉伸黏度的相對平均偏差見圖1～圖3。

圖1 最佳試驗條件下W0723F與W725EF拉伸黏度相對平均偏差分布圖

從圖1～圖3可看到，最佳試驗條件下W0723F與W725EF拉伸黏度的相對平均偏差均小于15%，可用試驗條件下的相對平均偏差小于20%。在表4的試驗條件下測試CPP拉伸黏度，其相對平均偏差應小于等于20%。

圖2 165℃試驗條件下W0723F與W725EF拉伸黏度相對平均偏差分布圖

圖3 170℃試驗條件下W0723F與W725EF拉伸黏度相對平均偏差分布圖

2.5標準化

標準產生的客觀基礎是科學、技術和實踐經驗的綜合成果。測試實踐經驗表明，用正交試驗設計找出了影響CPP拉伸黏度測試結果偏差較大的顯著影響因素，用方差分析確定了CPP拉伸黏度相對平均偏差小于20%的測試條件。為了保證本次活動成果有效實施，將測試CPP拉伸黏度的條件納入獨山子石化公司研究院企業標準《聚烯烴熔體表觀拉伸黏度的測試（拉伸主曲線法）》（Q/SY DS 04127—2014）。在以后的評價工作中運用該標準進行測試分析使測試結果具有可重復性，保證測試結果準確可靠。

2.6標準化應用

按確認的最佳試驗條件：溫度160℃；測量輪對間的距離0.25mm；拉伸加速度36mm·s-2；擠出速率0.3mm·s-1，對CPPW0723F、C5908、7632L、7642進行拉伸試驗，拉伸黏度的相對平均偏差見表4。

表4 160℃時CPP的表觀拉伸黏度相對平均偏差/%

從表4可看到，W0723F、C5908、7632L、7642均小于20%，該條件下W0723F、C5908、7632L、7642拉伸黏度的對比見圖4。

圖4 160℃時CPP的表觀拉伸黏度曲線

聚合物的拉伸黏度隨拉伸速率變化的規律與成形穩定性有關[5]，若拉伸黏度隨拉伸速率的增大而增大，稱為拉伸硬化行為，拉伸速率的增大有助于提高成形穩定性；而拉伸黏度隨拉伸速率的增大而減小時稱為拉伸軟化行為。從熔體拉伸流動時發生的結構變化分析[6]，拉伸速率對拉伸黏度的影響呈雙重作用：一方面，隨著拉伸速率的提高，大分子鏈發生伸展并沿著拉伸流動方向取向，結果使拉伸黏度提高；另一方面，隨著拉伸速率的提高，會發生大分子鏈解纏結，結果導致拉伸黏度下降。從圖4中可看到，試驗條件下W0723F的拉伸黏度隨著拉伸速率的增大先下降再呈上升趨勢，既不符合拉伸硬化行為，也不符合拉伸軟化行為，這可能前期W0723F拉伸黏度的下降是由于大分子鏈解纏作用大于拉伸流動取向，那么其拉伸黏度呈下降趨勢。當二者的作用達到平衡時，其拉伸黏度呈直線。拉伸速率進一步增大時，大分子鏈的拉伸取向大于解纏，因而其拉伸黏度呈上升趨勢。C5908、7632L、7642的拉伸黏度隨著拉伸速率的增大先下降到一定程度后達到穩定狀態，呈拉伸軟化行為。

W0723F的拉伸黏度遠大于C5908、7632L、7642，而C5908、7632L、7642的拉伸黏度相近。在對W0723F、C5908、7632L、7642用流延方式生產薄膜時，W0723F與C5908、7632L、7642不能在相同的加工溫度下進行生產，其加工溫度要較C5908、7632L、7642高。

3 結論

通過本次正交試驗確定了用Rheotens拉伸流變儀測試CPP拉伸黏度的試驗條件，其相對平均偏差不大于20%。

將研究結果納入獨山子石化公司研究院企業標準《聚烯烴熔體表觀拉伸黏度的測試（拉伸主曲線法）》(Q/SY DS 04 127—2014），可減少不必要的重復勞動、降低成本，通過標準化后得到的CPP拉伸流變數據詳實可靠。

[1]林祥,任冬云,宋維寧.聚合物熔體或溶液拉伸黏度的研究狀況[J].中國塑料,2009,23(4)：1-6.

[2]鐘磊,梁基照.高密度聚乙烯熔體拉伸流動特性分析[J].華僑大學學報(自然科學版),2010,31(2)：149-152.

[3]王紅英,胡徐騰,李振字,等.高熔體強度聚丙烯的制備與表征化[J].化學進展,2007,19(6)：932-958.

[4]吳春霜,張貴棉,關莉.正交法研究PE100管材料熔體強度影響因素[J].理化檢驗(物理分冊),2014,50(1)：37-37.

[5]陳克權,張飚,張偉.聚對苯二甲酸丙二酯熔體拉伸流變性能研究[J].合成纖維,2004(2),4-6.

[6]朱桂新,張順花,徐鑫燦.云母/聚丙烯共混物熔體的拉伸流變性能[J].復合材料學報,2012,29(4)：42-46.

The factors of influencing the extensional viscosity testing of CPP using rheotens include temperature,the disdance between measuring wheels,extrusion rate and stretching acceleration.The significance of the factors are studied by orthogonal experiment(L9(34))，and variance analysis result shows that,the influences of the temperature,the disdance between measuring wheels and the stretching ac?celeration are significant,and the influence of the extrusion rate is relatively not significant.The orthogonal experiment result shows that,the relative error of the extensional viscosity testing of CPP is not larger than 20%when the temperature is 160～170℃,the dis?dance between measuring wheels is 0.25 mm,the stretching acceleration is 36 mm·s-2,and the extrusion rate is 0.3 mm·s-1.The condi?tions are standardized,which reduces unnecessary repetitive work and ensures the repeatability and reliability of the test results.

cast polypropylene film(CPP);extensional viscosity;rheotens;orthogonal experiment;influencing factor;standardization

萍

2016-12-30

吳春霜（1970-），女，高級工程師，主要從事合成樹脂的評價工作。