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賽默飛世爾科技智能制造與過(guò)程分析

流變拉伸測(cè)試 | 聚乙烯長(zhǎng)鏈分支結(jié)構(gòu)-優(yōu)化生產(chǎn)工藝

時(shí)間:2025-5-9 閱讀:55
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聚乙烯是一種常用于包裝行業(yè)(塑料袋或包裝膜)的部分結(jié)晶熱塑性聚合物。聚乙烯以不同的結(jié)構(gòu)形式存在,主要區(qū)別在于其分支結(jié)構(gòu)。沿主鏈的分支程度決定了它的機(jī)械性能。分支結(jié)構(gòu)還可以影響聚乙烯的熔體黏度,通常長(zhǎng)側(cè)鏈越多黏度就越高。


聚乙烯熔體通??梢酝ㄟ^(guò)小振幅振蕩剪切(SAOS)來(lái)表征黏度。然而,諸如吹塑或纖維紡絲等許多技術(shù)工藝主要是拉伸形變,而不是剪切形變。測(cè)量聚合物熔體的拉伸特性不僅能為優(yōu)化加工工藝提供重要信息,而且還有利于建立結(jié)構(gòu)-性能關(guān)系。拉伸試驗(yàn)的主要目標(biāo)之一是探究材料的應(yīng)變硬化特性。換言之,拉伸黏度隨著所施加拉伸應(yīng)變速率的增加而升高。這種應(yīng)變硬化主要由長(zhǎng)支鏈支配,通常支化度越高,拉伸黏度增加越顯著。


本應(yīng)用介紹并討論了利用HAAKE MARS流變儀和SER拉伸工具,對(duì)高支化低密度聚乙烯(LDPE)和弱支化高密度聚乙烯(HDPE)拉伸試驗(yàn)的結(jié)果。


測(cè)試儀器

Thermo Scientific HAAKE MARS流變儀、輻射對(duì)流爐溫控、SER拉伸工具


1、SER拉伸工具的檢測(cè)原理

 

如圖1所示,測(cè)試是基于兩個(gè)反向旋轉(zhuǎn)的回繞筒,矩形試樣被夾持裝置固定在回繞筒上。兩個(gè)回繞筒以相同的速度反向旋轉(zhuǎn),施加一個(gè)單軸形變的拉伸場(chǎng)。除了測(cè)量拉伸黏度外,SER工具還可用于固體拉伸試驗(yàn)、撕裂和剝離試驗(yàn),以及摩擦試驗(yàn)。

 

圖片

圖1:HAAKE MARS輻射對(duì)流爐(CTC)與SER配套裝置

 

 

?2、高支化LDPE和弱支化HDPE拉伸流變

 

試驗(yàn)是在0.01 s-1、0.05 s-1、0.1 s-1、0.5 s-1、1.0 s-1和5.0 s-1的拉伸應(yīng)變速率下測(cè)試。圖2為拉伸黏度ηE與試驗(yàn)時(shí)間關(guān)系圖,顯示了在不同拉伸應(yīng)變速率下,對(duì)HDPE進(jìn)行若干次拉伸試驗(yàn)的結(jié)果,其值為3倍(特魯頓比值)的剪切黏度。瞬態(tài)剪切黏度通過(guò)使用錐板轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)試驗(yàn)獲得的。

 

如圖2所示,線性HDPE與線性黏彈性響應(yīng)相比無(wú)任何偏差,因此即使在最高拉伸應(yīng)變速率下,也不存在應(yīng)變硬化。說(shuō)明主鏈的分支即使存在也很小且不足以影響結(jié)果。與此相反,LDPE表現(xiàn)出拉伸黏度與線性黏彈性響應(yīng)有明顯偏差以及強(qiáng)烈的應(yīng)變硬化效應(yīng),如圖3所示。隨著拉伸速率的降低,LDPE的發(fā)生應(yīng)變硬化需要更長(zhǎng)的試驗(yàn)時(shí)間。

 

圖片
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圖2(左):弱支化HDPE拉伸黏度與應(yīng)變速率的關(guān)系;圖3(右):高支化LDPE拉伸黏度與應(yīng)變速率的關(guān)系(點(diǎn)擊查看大圖)

 


總結(jié)

賽默飛HAAKE MARS旋轉(zhuǎn)流變儀通過(guò)配置SER拉伸工具可對(duì)聚合物進(jìn)行拉伸試驗(yàn)。通過(guò)拉伸試驗(yàn)可以探究材料的應(yīng)變硬化特性,利用此特性可以有效鑒定聚合物的支化結(jié)構(gòu),進(jìn)而為某些加工工藝(如吹塑或薄膜生產(chǎn))建模。此外,拉伸黏度還可用于試樣鑒別,進(jìn)而用于質(zhì)量控制。

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