無機(jī)粉體碳酸鈣改性聚丙烯流變性能的研究

1、 。*中國(guó)紡織工業(yè)協(xié)會(huì)科技指導(dǎo)性基金項(xiàng)目無機(jī)粉體改性聚丙烯紡粘非織造布工藝技術(shù)及產(chǎn)品(2009079收稿日期:20100812;修改稿:20101008作者簡(jiǎn)介:向天夏,男,1985年生,在讀碩士研究生。主要研究方向?yàn)闊o機(jī)粉體改性聚丙烯紡粘非織造布。無機(jī)粉體CaCO3功能性母料:廈門中紡大化纖材料有限公司提供,MFI為40 60g/10min,無機(jī)粉體中CaCO3的粒度分布屬于正態(tài)分布,d50= 12m。12儀器及設(shè)備ARES-RFS型高級(jí)旋轉(zhuǎn)流變儀,扭矩范圍為02 1105N·m,震蕩頻率范圍為104 30Hz,應(yīng)變振幅為5 5105rad,法向力測(cè)試范圍為001 20N,加熱溫度

2、最高為600。QLB型平板硫化機(jī),DSCPE7,美國(guó)Perkin Elmer ILLC公司生產(chǎn)。13方法將混有無機(jī)粉體CaCO3功能性母料的PP切片放入平板硫化機(jī)中,溫度設(shè)定為200,加壓1 3MPa,施壓1 2min,制成厚度小于2mm的平板,用壓片制樣機(jī)制取直徑為25cm圓片,在ARES-RFS型高級(jí)旋轉(zhuǎn)流變儀上對(duì)樣品進(jìn)行測(cè)試。2結(jié)果與分析21CaCO3含量對(duì)CaCO3/PP共混體系流變性能的影響根據(jù)剪切黏度的表達(dá)式=·和冪律方程81=K·n可知:=·=K·n·=K·n1(1式中:K,n為常數(shù),系非牛頓性參數(shù);剪切應(yīng)力;·

3、;剪切速率。將式(1兩邊取對(duì)數(shù),得到:lg=lg K+(n1lg·(2根據(jù)式(2作出lg lg·的關(guān)系曲線。由圖1可知,無論是純PP熔體還是無機(jī)粉體CaCO3改性PP熔體,黏度均隨剪切速率·的增大而降低。該切力變稀行為是因?yàn)槿垠w的剪切速率增大(相應(yīng)的剪切應(yīng)力也增大時(shí),大分子鏈間部分纏結(jié)點(diǎn)被解開,黏度降低,都屬于典型的假塑性流變行為1-6。隨著CaCO3含量的增加,CaCO3/PP體系的黏度會(huì)增大,這是由于CaCO3顆粒表面吸附作用較強(qiáng),在其表面形成一層吸附物,使表面能降低,因而CaCO3顆粒表面容易吸附或黏附若干條PP大分子鏈,形成分子間的纏結(jié)點(diǎn)7,阻礙了PP大分

4、子鏈的運(yùn)動(dòng),使熔體黏度增大。CaCO3添加量越多,體系黏度越大。實(shí)驗(yàn)表明,各材料均屬于對(duì)剪切敏感的聚合物,可以通過調(diào)節(jié)剪切速率(或剪切力來改變加工中的熔體黏度 。圖1CaCO3改性PP熔體的lg lg流變曲線22溫度對(duì)CaCO3/PP共混體系流變性能的影響從分子運(yùn)動(dòng)觀點(diǎn)看8,當(dāng)大分子熱運(yùn)動(dòng)隨溫度升高而增加時(shí),熔體中分子間的空穴(即自由體積也隨之增加和膨脹,使流動(dòng)阻力減小。要是以黏度來表示阻力的大小,則在溫度變化不大的范圍內(nèi)熔體黏度與溫度T之間的關(guān)系可用Arrhe-nius方程9表示:=AeE/RT(3式中:A常數(shù);R氣體常數(shù);T絕對(duì)溫度;E流動(dòng)活化能。E既是大分子向空穴躍遷時(shí)克服周圍分子的作用

5、所需要的能量,也是熔體黏度對(duì)溫度敏感程度的量度,即E越大,黏度對(duì)溫度的變化越敏感。將式(3兩邊取對(duì)數(shù),得到:ln=ln A+E2303RT(4根據(jù)式(4和相關(guān)數(shù)據(jù)作ln 1/T曲線,從所得曲線的斜率可計(jì)算出E。圖2和圖3分別是PP和CaCO3/PP的黏度與溫度的關(guān)系曲線 。圖2PP 黏度與溫度的關(guān)系曲線CaCO3質(zhì)量分?jǐn)?shù)為11%圖3CaCO3/PP黏度與溫度的關(guān)系曲線從表1可以看出,隨著剪切速率的增大,E下降,表明熔體的流動(dòng)性增強(qiáng),PP和CaCO3/PP兩種91材料的趨勢(shì)基本相同。加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為11%的CaCO3后,分子鏈剛性增強(qiáng),流動(dòng)活化能變大,無機(jī)粉體CaCO3改性PP與純PP相比較,前者

6、對(duì)溫度的變化敏感,因而可以通過調(diào)節(jié)溫度來改變CaCO3/PP材料的流動(dòng)特性。表1不同剪切速率下的流動(dòng)活化能E(單位:kJ·mol1樣品剪切速率/s1 1162PP453338173352 CaCO3/PP515246053981注:CaCO3質(zhì)量分?jǐn)?shù)為11%。23CaCO3/PP共混體系的非牛頓指數(shù)非牛頓指數(shù)n是聚合物熔體的非牛頓特性的一個(gè)量度。從圖4可以看出,共混體系的非牛頓指數(shù)均小于l,屬于非牛頓假塑性流體,隨著CaCO3含量的增加,其非牛頓指數(shù)略有下降。對(duì)于假塑性流體(n110,流體在圓管中的速度分布曲線較拋物線平坦。n越小,管中心部分的速度分布越平坦,流體在流動(dòng)過程中受到的剪

7、切力變小,不利于高分子流體的良好混合,均勻性差,制品性能降低; n越大,速度分布曲線越接近拋物線,拋物線形流動(dòng)不僅能使流體受到較大的剪切作用,而且在流體流經(jīng)擠出機(jī)的口?；蜃⑺軝C(jī)的噴嘴時(shí)產(chǎn)生渦流,增大了擾動(dòng),從而提高了混合的均勻程度。因此在實(shí)際生產(chǎn)過程中,為了保證生產(chǎn)的順利進(jìn)行,應(yīng)適當(dāng)控制無機(jī)粉體CaCO3的添加比例 。圖4CaCO3含量對(duì)非牛頓指數(shù)n的影響24CaCO3/PP的熱學(xué)性能從圖5可以看出,CaCO3/PP的熔點(diǎn)比純PP 的熔點(diǎn)高。這是因?yàn)镃aCO3的加入阻礙了PP大分子的運(yùn)動(dòng),熔融熵降低,使材料熔點(diǎn)略有升高。隨著CaCO3含量的增大,共混體系熔融焓發(fā)生變化, 由于大分子間相互作用力

8、減弱而呈現(xiàn)下降的趨圖5PP與CaCO3/PP的DSC曲線勢(shì),熔融焓的減少意味著耐熱性的降低。3結(jié)論由以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果得出如下結(jié)論:(1隨著剪切速率的增大,CaCO3/PP熔體黏度降低,體系黏度會(huì)隨著CaCO3含量的增加而升高。(2CaCO3的加入使分子鏈剛性增強(qiáng),流動(dòng)活化能大,對(duì)溫度的變化敏感。(3隨著CaCO3含量的增大,熔體在流動(dòng)過程中受到的剪切作用減弱,不利于熔體混合均勻,制品性能降低。(4無機(jī)粉體CaCO3改性PP材料的熔點(diǎn)比純PP熔點(diǎn)高,但耐熱性降低。參考文獻(xiàn)1陳國(guó)康,成鋼,周錚聚丙烯專用樹脂Y3700C的流變性研究J金山油化纖,1999(2:8-102GALGALI G,RAMESH

9、C,LELE AA rheologicalstudy on the linetics of hybrid formation in polypropyle-nenanocopositesJMacromolecules,2001(34:852-8583齊魯含有陶瓷粉末PP纖維材料流變性能的研究J高分子材料科學(xué)與工程,1999(15:151-1534張廣威馬來酸酐接枝聚丙烯流變性及可紡性的研究J東華大學(xué)學(xué)報(bào),2004,30(3:1-45嚴(yán)玉蓉PP/EVA/沸石共混體系流變性能研究J合成樹脂及塑料,2002,19(3:9-126張環(huán)填充聚合物的流變行為的探討J塑料科技,2001,3(2:48-520

10、27何天白,胡漢杰功能高分子與新技術(shù)M.北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2001:86-938馬沛嵐PP/納米CaCO3原位復(fù)合材料流變性能J石化技術(shù)與應(yīng)用,2004,22(1:55-579何曼君,陳維孝,董西俠高分子物理M上海:復(fù)旦大學(xué)出版社,1988:261-27710史鐵鈞,吳德峰高分子流變學(xué)基礎(chǔ)M北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2009:49-51Study on the rheological behavior of the polypropylenemodified by inorganic powder calcium carbonateXiang Tianxia1,Jin Xiangyu1,Wu

11、Haibo,He Zhirong1and Yan Hongyuan2(1Textile College,Donghua University;2Ningbo Advanced Textile Technology and Apparel CAD LaboratoryAbstract Using advanced rotating rheometer to research the rheological behavior of PP modified by the inorganic powder CaCO3The research result is that:the apparent vi

12、scosity of PP modified by the inorganic pow-der CaCO3decreased with increasing the shearing rate and enhanced with increasing the content ofCaCO3,and compared with the pure PP,the modified PP were more sensitive to the temperaturechange,the uniformity of the melt was worse by the rising the content

13、of CaCO3The melting point ofPP modified by the inorganic powder CaCO3was higher than that of pure PP,and lower in heat-resist-anceKeywords:inorganic powder CaCO3,polypropylene,檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵rheological behavior(上接第17頁(yè)8高曉艷,潘志娟用作過濾材料的靜電紡納米纖維的研究現(xiàn)狀J產(chǎn)業(yè)用紡織品,2008,26(3:6-119Z

14、HANG W,LIU J,WU GEvolution of structure andproperties of PAN precursors during their conversion tocarbon fibersJCarbon,2003,41:2805-281210葛曷一,陳娟,柳華實(shí),等聚丙烯腈預(yù)氧化纖維碳化中的結(jié)構(gòu)演變與碳纖維微觀結(jié)構(gòu)J化工學(xué)報(bào),2009,60(1:238-242Preparation of TiO2/PAN carbon nanofiber membraneand its degradation property on humic acidDu Feifei,M

15、ao Yanping,Luo Zhou,Liu Huanhuan and Chen Quanyuan(School of Environmental Science and Engineering,Donghua UniversityAbstract:Acrylonitrile is used as the raw material to synthesize PAN powder,the prepared PAN powder is usedto make nanofibers by electrospinning and furthermore,sol-gel method on load

16、ing TiO2be used to pre-pare TiO2/PAN carbon nanofiber membraneThe nanofiber is characterized by SEM,DG-DTG,ele-ment analysis and so onThe study result is that when the concentration of the spinning solution is3%,the pre-oxidation temperature is280and carbonization temperature is550,an intact andevenly distributed nanofibers of diameter from100nm to170nm can be obtainedUnder photocatalyticconditions for time of120min,the prepared TiO2/