LLDPE、LDPE及其共混物高速挤出流动不稳定性的研究

论文摘要

现代聚合物工程中，工程高速运行成为日益关注的重要课题。但高速运行常引起聚合物熔体不稳定流动，造成严重质量问题。本工作采用新型恒速型双毛细管流变仪研究了线型低密度聚乙烯（LLDPE）、低密度聚乙烯（LDPE）及LLDPE／LDPE共混物在高速挤出时的流动规律及挤出畸变特征。定量描述了鲨鱼皮畸变、挤出压力振荡现象及第二光滑区等不稳定流动现象；对比了LLDPE、LDPE及其共混物的粘弹性、流动曲线、压力振荡特点及挤出物外观的差别；通过采用改变共混比、反应接枝改变树脂结构、使用含氟弹性体等特殊润滑剂，以及改变工艺条件等手段，达到减轻或抑制挤出畸变的目的；并从分子链缠结和取向、熔体与口模壁的吸附状态、熔体粘弹性、熔体挤出过程中的应力集中效应等方面探讨了发生熔体流动不稳定性的机理。研究结果表明，高速流场中，随挤出速率提高，LLDPE熔体先后出现鲨鱼皮畸变、粘-滑破裂、第二光滑区及整体无规破裂；在粘-滑破裂范围内，毛细管上的挤出压力降发生规律性振荡，振荡信号较强，流动曲线发生断裂。而LDPE熔体挤出物的外观变化规律为：先出现整体扭曲，而后出现整体无规破裂；在较低的挤出速率下，消耗在口模入口处的压力降已经发生波动（振荡），幅度较小，但流动曲线不发生断裂。分析认为LLDPE熔体的挤出畸变是由于流动应力主要集中在熔体／毛细管壁处，高速挤出时，熔体在管壁处的边界条件发生粘-滑转变引起的；而LDPE挤出时流动应力主要集中在毛细管入口区，挤出畸变是由于入口处熔体的失稳流动和压力波动引起的。在各种改善熔体挤出质量的尝试中发现，混入少量LDPE（10-20％）可以抑制或消除LLDPE的挤出压力振荡现象，而混入少量LLDPE却不能消除LDPE熔体在毛细管入口处的压力波动。LLDPE和LDPE共混使熔体的非线性粘性、弹性均增加，挤出畸变现象加重。通过反应接枝使LLDPE树脂的平均分子量增加，粘流活化能增大，熔体的挤出胀大比、毛细管入口压力降、拉伸粘度均增大，但挤出压力趋于稳定，挤出物表观得到改善。将含氟弹性体加入到LLDPE中，熔体的挤出压力、挤出胀大比均减小，发生鲨鱼皮畸变和挤出压力振荡等不稳定流动现象的临界挤出速率提高，扩大了加工范围；足量的含氟弹性体甚至可完全消除鲨鱼皮畸变现象。升高温度和降低剪切速率可改善挤出物的表观质量；对于LDPE而言，增加口模定型长度可改善挤出物表观质量；而对于LLDPE定型长度越长挤出物外观反而变差。实验发现几种LLDPE熔体高速挤出时，都出现明显的第二光滑挤出区。第二光滑区的挤出物表观形貌与粘—滑转变区中滑移段的挤出物形貌相似，因此可以认定，在第二光滑区中熔体在毛细管壁发生整体滑动。第二光滑区的挤出速率远大于第一稳定挤出区，而挤出压力不高于发生压力振荡的临界压力，对于实现聚合物高速、节能、安全、稳定挤出具有重要的潜在意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 结构不同聚合物的熔体破裂现象
• 1.2.1 线型分子聚合物熔体的熔体破裂现象
• 1.2.2 支化型聚合物熔体的熔体破裂现象
• 1.3 不同的熔体破裂现象和机理
• 1.3.1 鲨鱼皮
• 1.3.2 粘—滑破裂
• 1.3.3 流动分裂（挤出分裂）现象
• 1.3.4 整体破裂
• 1.3.5 强壁滑现象
• 1.3.6 熔体破裂后光滑及二次破裂现象
• 1.4 影响熔体挤出破裂行为的因素
• 1.4.1 口模形状、尺寸的影响
• 1.4.2 挤出工艺条件的影响
• 1.4.3 物料性质的影响
• 1.4.4 添加物的影响
• 1.5 改善熔体破裂的方法
• 1.5.1 加工共混法
• 1.5.2 添加加工助剂法
• 1.5.3 通过有机涂层改变口模表面状况
• 1.5.4 改变口模的材质
• 1.5.5 改变口模的长径比和入口角
• 1.5.6 其它方法
• 1.6 课题的提出
• 第二章 实验部分
• 2.1 实验原料与助剂
• 2.2 实验设备与仪器
• 2.3 实验仪器的构造及原理
• 2.4 试样制备方法及实验条件
• 2.4.1 LLDPE和LDPE熔体高速挤出特性的对比研究的试样制备及实验条件
• 2.4.2 共混试样的制备及实验测试方法
• 2.4.3 接枝料的制备及实验条件
• 2.4.4 含氟弹性体与LLDPE的复合体系的制备及实验条件
• 第三章 LLDPE和LDPE熔体高速挤出特性的对比研究
• 3.1 几种LLDPE及LDPE树脂的粘弹性
• 3.1.1 LLDPE与LDPE熔体粘度的比较
• 3.1.2 LLDPE与LDPE熔体弹性的比较
• 3.2 LLDPE与LDPE熔体挤出压力振荡规律的比较
• 3.3 LLDPE与LDPE流动曲线的比较
• 3.4 LLDPE与LDPE挤出物外观的比较
• 3.4.1 剪切速率对挤出外观的影响
• 3.4.2 温度对挤出外观的影响
• 3.4.3 口模的定型长度对挤出物外观的影响
• 3.5 熔体破裂的第二光滑区现象的研究
• 3.5.1 对第二光滑区现象的初步分析
• 3.5.2 温度对第二光滑区的影响
• 小结
• 第四章 LLDPE/LDPE共混熔体不稳定流动性的研究及应力集中与不稳定流动关系的探讨
• 4.1 共混对熔体粘性、弹性的影响
• 4.1.1 共混对熔体粘性的影响
• 4.1.2 共混对熔体弹性的影响
• 4.2 共混对挤出压力振荡现象的影响
• 4.3 共混对流动曲线的影响
• 4.4 共混对挤出外观的影响
• 4.5 应力集中效应对熔体不稳定流动的影响
• 4.5.1 LLDPE、LDPE及共混物熔体流动应力集中点的讨论
• 4.5.2 流动应力集中效应对挤出物外观的影响
• 小结:
• 第五章 LLDPE及其反应接枝料的挤出流变性
• 5.1 接枝改性对熔体粘性的影响
• 5.2 接枝改性对熔体弹性的影响
• 5.3 接枝改性对挤出压力振荡现象的影响
• 5.4 接枝改性对挤出物外观的影响
• 5.5 对功能棚膜专用料的流变性研究
• 5.5.1 对商品内、外层膜粘性、弹性的研究
• 5.5.2 对商品内、外层膜挤出压力振荡现象的研究
• 5.5.3 对商品内、外层膜挤出表观的研究
• 小结
• 第六章 含氟弹性体对LLDPE熔体流动性能的影响
• 6.1 挤出物表面状态与挤出时间的关系
• 6.2 含氟弹性体对流动曲线的影响
• 6.3 含氟弹性体对熔体弹性的影响
• 6.4 含氟弹性体对熔体挤出压力的影响
• 6.5 含氟弹性体对挤出表观的影响
• 小结
• 心得和展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间发表的学位论文