制樣溫度對聚丙烯力學(xué)性能的影響

學(xué)習(xí)文檔僅供參考學(xué)習(xí)文檔僅供參考制樣溫度對聚丙烯力學(xué)性能的影響馬蘭萍制樣溫度對聚丙烯力學(xué)性能的影響摘要針對聚丙烯產(chǎn)品出現(xiàn)的力學(xué)性能達(dá)不到優(yōu)等品技術(shù)要求的問題,在查找原因過程中發(fā)現(xiàn)：注塑機(jī)溫度波動、模具溫控箱跳閘引起的模具溫度變化都會造成產(chǎn)品的力學(xué)性能的規(guī)律性變化,通過比照試驗，發(fā)現(xiàn)儀器注塑溫度高時測得的試樣拉伸屈服強(qiáng)度、懸臂梁沖擊強(qiáng)度、撓曲模量均會比實際值低。而模具溫度達(dá)不到60℃時制樣，測得的試樣拉伸屈服強(qiáng)度、撓曲模量均會比實際值低，懸臂梁沖擊強(qiáng)度會比實際值高。關(guān)鍵詞注塑溫度模具溫度結(jié)晶度拉伸屈服強(qiáng)度懸臂梁沖擊強(qiáng)度撓曲模量引言我廠聚丙烯裝置生產(chǎn)的產(chǎn)品，近來出現(xiàn)產(chǎn)品力學(xué)性能達(dá)不到優(yōu)等品技術(shù)要求的現(xiàn)象，針對這一問題我們著重從制備過程查找原因，發(fā)現(xiàn)儀器注塑溫度有時會超溫，模具溫控箱有不定時跳閘現(xiàn)象。影響塑料試驗結(jié)果的因素很多，有它內(nèi)在的原因〔如塑料本身的分子量大小、分布結(jié)構(gòu)及取向程度，內(nèi)部缺陷等〕，也有它外在的原因〔如制備過程、放置過程、測試過程等〕。注塑制品的質(zhì)量包括兩方面的內(nèi)容，即內(nèi)部質(zhì)量〔性質(zhì)質(zhì)量〕和外部質(zhì)量〔表觀質(zhì)量〕，內(nèi)部質(zhì)量是指與聚合物結(jié)構(gòu)形態(tài)有關(guān)的結(jié)晶、取向、變形、翹曲及內(nèi)應(yīng)力分布，與力學(xué)性質(zhì)有關(guān)的拉伸、彎曲、沖擊和變形等，總之，制品的內(nèi)部質(zhì)量將直接影響到制品使用性能，影響制品的使用范圍和應(yīng)用領(lǐng)域，欲提高制品使用性能，除在高分子的材料領(lǐng)域里綜合一些新材料外，必須在加工過程中注意研究高分子的結(jié)構(gòu)形態(tài)并加以解決。實驗部分單螺桿式注塑機(jī):METALFLUID公司MF100型萬能試驗機(jī):INSTRON公司4465型懸臂梁沖擊試驗機(jī):CEAST公司RISIL-50型切口機(jī):CEAST公司6828-000型恒溫恒濕箱:上海愛斯佩克公司LHU-213型電子數(shù)顯千分尺:上海量具刃具廠拉伸屈服強(qiáng)度測試樣條：聚丙烯顆粒樣品按MA17225方法注塑制得。樣條尺寸為：長216mm±；厚懸臂梁沖擊強(qiáng)度測試樣條：聚丙烯顆粒樣品按MA17225方法注塑制得的符合ASTMD638中I型拉伸樣條的中間狹長部分截取，用切口機(jī)沖缺口。樣條尺寸為：長60.3~±±±撓曲模量測試樣條：同2.2.2，不用切口機(jī)沖缺口；拉伸屈服強(qiáng)度：按MA17086進(jìn)行測試懸臂梁沖擊強(qiáng)度：按MA17027進(jìn)行測試撓曲模量：按MA17074進(jìn)行測試結(jié)果討論采用牌號為EPT30R的聚丙烯共聚產(chǎn)品，其熔融指數(shù)為/10min，根據(jù)方法

MA17225中規(guī)定，將儀器注塑溫度設(shè)定在210℃,進(jìn)行注塑制樣，樣條在恒溫恒濕箱中放置24小時后，在溫度23±2℃、相對濕度50±5%的環(huán)境下進(jìn)行測試，結(jié)果見表1：表1：設(shè)定溫度為210℃時制樣的性能結(jié)果6平均值 6平均值 SDCV%優(yōu)等品三24三三24三150強(qiáng)度MPaIZOD23℃J/m撓曲模量1101 1053 1087 1050 1099 10801078 22 三950MPa由表1數(shù)據(jù)看出，該樣品的拉伸屈服強(qiáng)度與撓曲模量均能到達(dá)優(yōu)等品的技術(shù)要求，而懸臂梁沖擊強(qiáng)度〔IZOD〕達(dá)不到優(yōu)等品的技術(shù)要求，為此，我們用溫度計對注塑機(jī)熔體溫度進(jìn)行測定，發(fā)現(xiàn)熔體溫度為230℃，比方法中規(guī)定的210℃高了20℃，說明熔體溫度比設(shè)定溫度高。通過查找儀器設(shè)定溫度與熔體溫度的差異規(guī)律，發(fā)現(xiàn)熔體溫度總是比設(shè)定溫度高20℃。采用與3.1.1相同的聚丙烯共聚產(chǎn)品，將儀器注塑溫度設(shè)定在190℃進(jìn)行注塑制樣，此時測得熔體溫度為210℃，下進(jìn)行測試，結(jié)果見表2：表2：設(shè)定溫度為190℃時制樣的性能結(jié)果技術(shù)要求

優(yōu)等品技術(shù)要求

優(yōu)等品三24三150三24三150三950強(qiáng)度MPaIZOD23℃J/m撓曲模量1191 1171 1158 1150 1208 1175 1176 21MPa從表2看出，將儀器注塑溫度設(shè)定在190℃,即熔體溫度為210℃時，樣品的各項性能均到達(dá)優(yōu)等品技術(shù)要求，說明儀器設(shè)定溫度對產(chǎn)品測試數(shù)據(jù)有影響。為了證實注塑溫度對樣品力學(xué)性能的影響趨勢,將儀器溫度設(shè)定在170℃，進(jìn)行注塑制樣，此時測得熔體溫度為190℃，下進(jìn)行測試，結(jié)果見表3：表3：設(shè)定溫度為170℃時制樣的性能結(jié)果技術(shù)要求1 2 3 4 5 6XSD CV%DV 優(yōu)等品三24三24強(qiáng)度MPaIZOD/ 三15023℃J/m撓曲模量1212 1308 1220 1218 1204 1201 1227 40 三950MPa~~從表3看出，將儀器注塑溫度設(shè)定在170℃,即熔體溫度為190℃時，樣品的各項性能均到達(dá)優(yōu)等品技術(shù)要求。對三種不同注塑溫度下制得樣品的性能數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，見表4：

表4：比照三種不同注塑溫度下樣品的性能值設(shè)定170℃設(shè)定190℃設(shè)定210℃平均值SDCv%技術(shù)要求〔優(yōu)等品〕拉伸屈服強(qiáng)度MPaIZOD23℃J/m撓曲模量12271176107811603620三24三150MPa76三950注塑溫度對拉伸屈服強(qiáng)度的影響：根據(jù)表4數(shù)據(jù)制得圖1：T一T一拉伸屈服強(qiáng)度MPa—■一平均值MPaTl技術(shù)要求（優(yōu)等品）MPa設(shè)定170℃實測設(shè)定190℃實測設(shè)定210℃實測190℃ 210℃ 230℃設(shè)定溫度（實測溫度）圖1：注塑溫度對拉伸屈服強(qiáng)度的影響由圖1看出：隨著注塑溫度的升高，產(chǎn)品的拉伸屈服強(qiáng)度降低。從表1、表2及表3看出，在注塑機(jī)設(shè)定溫度為210℃、190℃、170℃時，拉伸屈服強(qiáng)度測得值的變動系數(shù)Cv分別為0.35%、0.31%、0.42%,在設(shè)定溫度為190℃時的變動系數(shù)最小。從表4看出，三個不同注塑溫度下的拉伸屈服強(qiáng)度測試值的變動系數(shù)Cv為1.5%，說明儀器注塑溫度升高或降低都會使測定結(jié)果更分散，準(zhǔn)確度降低。拉伸屈服強(qiáng)度隨注塑溫度的升高而降低是因為注塑溫度與結(jié)晶度有關(guān)。溫度每相差1℃，則結(jié)晶速度可相差很多倍，當(dāng)聚合物熔體溫度高于熔融溫度時，大分子鏈的熱運動顯著增加，當(dāng)大于分子的內(nèi)聚力時，分子就難以形成有序排列而不易結(jié)晶，結(jié)晶度降低，則拉伸屈服強(qiáng)度就降低。注塑溫度對懸臂梁沖擊強(qiáng)度〔IZOD〕的影響：根據(jù)表4數(shù)據(jù)制得圖2：

設(shè)定溫度（實測溫度）圖2：注塑溫度對設(shè)定溫度（實測溫度）圖2：注塑溫度對IZOD的影響--平均值J/mA技術(shù)要求（優(yōu)等品）J/m由圖2看出：隨著注塑溫度的升高，產(chǎn)品的懸臂梁沖擊強(qiáng)度降低。從表1、表2及表3看出，在注塑機(jī)設(shè)定溫度為210℃、190℃、170℃時，懸臂梁沖擊強(qiáng)度的變動系數(shù)Cv分別為5.8%、4.2%、2.1%,說明注塑溫度越高，制得樣品的懸臂梁沖擊強(qiáng)度測試數(shù)據(jù)的分散性越大，精密度就越差。從表4看出，三個不同注塑溫度下的懸臂梁沖擊強(qiáng)度的測試值的變動系數(shù)Cv為20%,說明儀器注塑溫度的不同對懸臂梁沖擊強(qiáng)度的影響非常大，準(zhǔn)確度降低的程度影響到產(chǎn)品質(zhì)量的等級判定。這是因為熔體溫度升高使解取向作用增加。注塑溫度的升高使物料溫度升高,而物料溫度的升高會使取向效應(yīng)降低,同時熔體溫度升高時粘度會降低,在一定恒應(yīng)力作用下,高彈性形變和粘性形變都要增加,但前者增加有限,而后者要迅速地增長。從此角度看有利于聚合物的取向效應(yīng),但與此同時大分子布朗運動卻加劇,使大分子的松弛時間縮短,使解取向作用加強(qiáng),造成樣條的懸臂梁沖擊強(qiáng)度降低。注塑溫度對撓曲模量的影響：根據(jù)表4數(shù)據(jù)制得圖3：設(shè)定170℃實設(shè)定190℃實設(shè)定設(shè)定170℃實設(shè)定190℃實設(shè)定210℃實測190℃ 測210℃ 測230℃設(shè)定溫度（實測溫度）平均值MPaA技術(shù)要求（優(yōu)等品）MPa圖3：注塑溫度對撓曲模量的影響由圖3看出：隨著注塑溫度的升高,產(chǎn)品的撓曲模量降低。從表1、表2及表3看出,在注塑機(jī)設(shè)定溫度為210℃、190℃、170℃時,撓曲模量測得值的變動系數(shù)Cv分別為2.1%、1.8%、3.3%,說明設(shè)定注塑溫度

190℃時的變動系數(shù)最小。由表4看出，三個不同注塑溫度下的撓曲模量測試值的變動系數(shù)Cv為6.6%，說明儀器注塑溫度升高或降低都會使測定結(jié)果分散加劇。撓曲模量值隨溫度的升高而降低，這是因為撓曲模量和注塑溫度有關(guān)。試樣在彎曲負(fù)荷作用下，由于上半部分受壓，下半部分受拉，因此，撓曲模量與溫度的關(guān)系和拉伸強(qiáng)度一樣具有同樣的影響，即材料的撓曲模量隨溫度的增加而下降。采用牌號為EPC30R的聚丙烯共聚產(chǎn)品，其熔融指數(shù)為8.9g/10min，根據(jù)方法MA17225中規(guī)定，熔體溫度190℃，模具溫度為60c下進(jìn)行測試，結(jié)果見表5：表5：模具溫度為60℃時制樣的性能結(jié)果123456平均值SDCV%技術(shù)要求優(yōu)等品拉伸屈服強(qiáng)度MPa三25IZOD23℃J/m/三90撓曲模量MPa113311201120110010871144111721三1100在實際工作中，我們發(fā)現(xiàn)模具溫控箱的繼電器經(jīng)常不定時跳閘，使模具溫度降為室溫23℃,為此考慮在注塑溫度不變，模具溫度為室溫的情況下，注塑制樣,下進(jìn)行測試，進(jìn)行比照實驗。結(jié)果見表6：表6：模具溫度為23℃時制樣的性能結(jié)果123456平均值SDCV%技術(shù)要求優(yōu)等品拉伸屈服強(qiáng)度MPa三25IZOD23℃J/m/三90撓曲模量106310391124106910491042106432三1100MPa根據(jù)模具溫度的變化引起的產(chǎn)品力學(xué)性能的變化值進(jìn)行比照，見表7：

表7:模具溫度對力學(xué)性能結(jié)果的影響模具溫度60℃模具溫度23℃差值技術(shù)要求優(yōu)等品技術(shù)要求一等品技術(shù)要求合格品拉伸屈服強(qiáng)度MPa三25三25三24IZOD23℃J/m三90三83三73撓曲模量MPa1117106453三1100三1100三1050模具溫度對產(chǎn)品拉伸性能的影響:從表7數(shù)據(jù)看出，模具溫度降低，拉伸屈服強(qiáng)度降低1.0MPa，而且測得值卡邊。這是因為聚合物的冷卻速度決定晶核存在或生長的條件，注塑時，冷卻速度決定于熔體溫度和模具溫度之差，稱過冷度，模具溫度低，則過冷度大，冷卻速度就高，結(jié)晶時間縮短，結(jié)晶度低，則制品密度會減小，則拉伸屈服強(qiáng)度就低。模具溫度對懸臂梁沖擊強(qiáng)度的影響從表7數(shù)據(jù)看出，模具溫度降低，懸臂梁沖擊強(qiáng)度增大20.6J/m,其值波動的程度會使產(chǎn)品出現(xiàn)等級誤判。這是由于在模具溫度高時，冷卻速度降低，結(jié)晶度增加,所以沖擊強(qiáng)度減弱；反之，當(dāng)降低模具溫度會增加冷卻速度，降低結(jié)晶度,則沖擊強(qiáng)度得到改善。模具溫度對撓曲模量的影響從表7數(shù)據(jù)看出，模具溫度降低，撓曲模量降低53MPa，其值降低的程度使產(chǎn)品達(dá)不到優(yōu)等品的技術(shù)要求，會出現(xiàn)產(chǎn)品等級的誤判，直接影響經(jīng)濟(jì)效益。因為撓曲模量和拉伸性能與溫度的關(guān)系一樣，模具溫度低，則過冷度大，冷卻速度就高，結(jié)晶時間縮短，結(jié)晶度低，則制品密度會減小，則撓曲模量