乙烯-醋酸乙烯酯共聚物/高密度聚乙烯的性能研究

研究论文Fiber Research乙烯~-醋酸乙烯酯共聚物高密度聚乙烯的性能研究叶敏',王琳'，文珍稀'，王依民2(1.东华大学材料科学与工程学院，上海201620;2.纤维材料改性国家重点实验室，上海201620)摘要:讨论了不同高密度聚乙烯(HDPE) 含量的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA) /HDPE 共混物的流变性能、热性能、相容性,以及共混纤维的可纺性、力学性能。实验结果表明:随着HDPE含量的增加，共混物的流动性变差;共混物的晶区是部分相容的。当共混物中HDPE的百分含量为15 %时，共混物的可纺性及共混纤维的力学性能最佳;随着拉伸倍数的增加，共混纤维断裂强度增大、断裂伸长率降低。.关键词:乙烯醋酸乙烯酯共聚物;高密度聚乙烯;流变性能;热性能;相容性;可纺性;力学性能中图分类号: TQ342.61文献标识码: A文章编号: 1001-7054 (2011) 01-0033-05乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(Ethylene -vinylac-俊荣等刃采用螺杆挤出熔融纺高密度聚乙烯,然etate copolymer,简称EVA)是由乙烯和醋酸乙烯后进行高倍热拉伸纺制中强聚乙烯纤维，随着拉伸酯单体无规嵌段共聚而成，根据醋酸乙烯酯(VA)倍数的提高，纤维的断裂强度提高，最高强度可达含量不同，聚合方法也不同。当VA质量含量低于8~10 cN/dtex,而纤维的断裂伸长则随拉伸倍数的40 %时，采用高压本体聚合;当VA含量大于提高呈下降趋势。40%小于80%时,多采用中压溶液聚合;当VA本实验采用EVA/HDPE共混造粒及熔融纺丝,含量高于80 %时，一般采用中压乳液聚合(3。选择HDPE主要是因为可以在提高共混纤维的强度EVA具有优良的柔韧性、弹性、透明性、黏着性、的同时兼顾到EVA的低熔点。EVA的熔点为70 C耐候性、耐化学药品性、与填料和色母粒的相容左右，熔融纺丝温度比- -般的高聚物要低得多，如性，可以通过注塑、挤塑、吹塑、涂覆、热封等成果共混其它高聚物如PET、PP,则要求纺丝温度远形加工，广泛应用于制鞋、农膜、共混改性、汽车远高于EVA的纺丝温度,这样共混物的熔融纺丝工业和造纸等方面145。 但是EVA用于纺制纤维产的加工可行性低。品仍然很少，因为EVA的纤维强度等指标很低，本研究的目的是利用EVA低熔点及EVA对- -目前基本只有利用EVA聚合物制成的中空纤维膜些油性芳香物质(如柏树精油)基本可完全吸收,已广泛用于医疗目的的各种分离膜，其在生物相容可进一步研制其它智能温控型、芳香型等功能纤性和化学稳定性上极佳,并且洗脱物质非常少，代维。如纺制智能温控皮芯复合结构纤维，其芯层为表性用途有血液透析过滤膜!@。低温相变材料，由于低温相变材料通常熔点和分解高密度聚乙烯(HDPE) 加工性能好，具有良点都较低，皮层材料的熔融纺丝温度也要较低才能好的化学稳定性，耐酸、碱、盐等的腐蚀，质量与之匹配，以防止在纺丝过程中芯层相变材料因温轻,强度、模量高，已经被应用于纺织领域。于度过高而分解。有关研究将另作报道。收稿日期: 2010-10-121实验作者简介:叶敏(1983-), 女，汉族，硕士研究生,研究方向为含相变材料的皮芯复合结构纤雏。中国煤化工MHCNMHG合成纤维SFC2011 No.1 33研究论文Fiber Research1.1 主要原材料乙烯-醋酸乙烯酯共聚树脂(EVA 树脂): VA2结果与讨论含量28 %,熔融指数150 g/10 min,密度095 gcm',2.1不同HDPE含量对EVA/HDPE共混物流变性上海化工研究院;高密度聚乙烯(HDPE) 树脂:能的影响密度0.941~0.960 g/cm',牌号2911FS,中国石油抚聚合物材料熔融态时的流变性能直接影响其顺石化分公司;抗氧剂1010:工业级，上海中山加工性能。高分子液体与小分子液体相比，最明显化工市场。的区别是高分子具有黏弹性。高分子非牛顿黏弹性1.2共混物、共混纤维的制备产生于其分子链松弛动力学滞后性。正是因为高分(1)真空干燥EVA, 30°C1h, 35C1h, 40C .子的本体黏弹性和本构性质直接支配聚合物的加工1h, 45°C1h, 52 C2.5h, 58C 11 h;真空干燥行为，所以高聚物加工的-个中心任务就是要对高HDPE，102.5C 16h。分子的流变行为取得根本的认识和了解。(2)双螺杆共混挤出机(TSE -18A,南京瑞亚高聚物的流变行为由黏度来表征。牛顿流体聚合物公司)，I 区加热温度75 C，I区加热温度的黏度只与温度有关，高聚物大多数不是牛顿流100 C，I区加热温度130 C, IV 区加热温度150体，其黏度不仅与温度有关，还依赖于剪切速率。C，V区加热温度150 C,机头加热温度135 C。图1和图2是不同HDPE含量的EVA/HDPE共混将按比例共混好的EVA、HDPE 和抗氧剂共混挤物熔体的应力~剪切速率及表观黏度~剪切速率流出，然后经造粒机造粒。变曲线。(3)将(2)制备的共混粒料加入到双螺杆熔融纺丝机(自制) 中进行熔触纺丝。HDPE含量:纺丝机各部位纺丝条件的设定:螺杆温度I0 :巍薯区123C，I区145C，川区147C，IV区147品44C，V区145 C，计量泵温度147 C，螺杆频率42-4.52 Hz,螺杆长径比40/1,喷丝板规格1.33 mmx140}f,纺丝速度210 m/min。3813仪器与测试300~24182022426281.3.1共混物的流变性能测试1g美国Instron Corp公司生产的Instron 4467型毛图1不同HDPE含置的EVAHDPE熔体的Igr lgy曲线(120C)细管流变仪，长径比为40/1。测试条件:所选测试3.6 「温度为120 C,剪切速率范围10~10 s"。4t1.3.2共混物的热性能及相容性测试3.2 F:-15%采用瑞士梅特勒-托利多公司生产的DSC-82230 t★3-20%型差示扫描量热仪。(1) 熔点测试:将样品以10 9C/min的速度由0 C升温至200%; (2) 结晶24温度测试:将样品以10 C/min的速度由200 C降22 t温至0 C。试验过程中采用氮气保护，氮气流量20 ml/min。00 0.5 1.020 25 3.01.3.3共混纤维的力学性能测试上海利浦应用科学技术研究所生产的XQ-1型團2不同HDPE含的EVAHDPE熔体的lgη~lgy曲线(120 C)纤维强度仪，夹持距离20 mm,拉伸速度20 mm/从图1、图2可以看出，EVA/HDPE 共混物熔min,强力范围100 cN,伸长范围300 %。每个试体的剪切流动大体上满足Ostwald- waele幂律关系，样重复15次，求取平均值。可用(1) 式来表示阁中国煤化工MYHCNMH G34合成纤维SFC 2011 No.1研究论文Fiber Researchr=Kγ(1HDPE含量:1-100 %式中:为剪切应力;沩剪切速率; K为常数。随着HDPE含量增加，曲线上移，流动性变.6-0)%差。非牛顿指数n按照公式n= dlgT计算,如表1dlgY所示。.表1不同HDPE含的共混物熔体的非牛顿指数20 40 6)8) 100120140 160温度/心C HDPE含量%1020图3 EVAHDPE 共混物的升温DSC曲线围0.6表1表明共混物是切力变稀型假塑性流体。非牛顿指数n随着HDPE含量的增加而减小。因为EVA是由无极性、结晶性的乙烯单体与强极性、非结晶性的醋酸乙烯酯单体共聚而成的热塑性树脂，是一种带有侧基的半结晶性聚合物。EVA 由1-100%于在乙烯主链中引入由极性醋酸基团所组成的侧3-15%基,降低了分子链的规整性，打乱了原来的结晶状5-0%态，致使EVA趋向“塑化效应”而降低了主链上的乙烯的结晶性，同时还增加了聚合物大分子链之0150温度/C间的距离。因此运用高聚物大分子链缠结理论来解图4 EVA/HDPE共混物的降温DSC曲线图释，EVA中加入高结晶性、非极性的HDPE大分子链段后，共混物熔体中的缠结点数量、缠结程度从图3可知，共混物中，随着HDPE含量的增增加，分子链的活动能力减弱，体系的流动性降加，EVA组分的熔融温度从70 C左右降低到53 C左右;随着EVA含量的增加，HDPE组分的熔融共混物熔体表观黏度ηa随剪切速率提高而下温度从133 C左右降低到129 C左右。从图4可降，而且下降幅度随着HDPE含量的增大而增大。知，共混物中，随着HDPE含量的增加，EVA 组分结果显示，随着HDPE用量增大,共混物熔体表观的结晶温度从29 C左右升高到33 C左右;随着黏度对剪切速率的敏感性增强。EVA含量的增加，HDPE组分的结晶温度从114 C2.2 EVA/HDPE 共混物的热性能及相容性研究升高到119 C左右。因为在EVAHDPE共混体系双组分共混物的相容性对纤维的纺丝和拉伸中，EVA和HDPE的分子链相互影响，造成各自性能、染色以及力学性能都有很大的影响。共混物的缠结点数量和缠结程度都有所下降，所以熔点下在晶区的相容性可由DSC试验来判断，若共混物降，结晶温度上升。中晶区不相容,则共混物的DSC曲线图上会出现虽然在共混物的DSC曲线图中未出现明显的各组分相应的熔点和结晶温度。图3和图4是单一的熔融峰和结晶峰，但是出现的双峰也不是纯EVAHDPE共混物的升温和降温DSC曲线。EVA和纯HDPE的熔融峰和结晶峰,这说明共混图3和图4表明，纯EVA的熔点和结晶温度物在结晶区是部分相互影响或部分相容的。为70C和29C,纯HDPE的熔点和结晶温度为2.3 EVA/HDPE 共混纤维的可纺性133 C和114 C。共混物均有两个熔点和两个结晶按照1.2 (3) 所述的纺丝工艺，EVA/HDPE 共温度,但是不同HDPE含量共混物的熔融峰和结晶混比为98/2和75/25基本不可纺(见表2)。当共峰是不重合的。混比为98/2时.中于北混休系中FVa含量过多,中国煤化工TYHCNMHG合成纤维SFC 2011 No.1 35研究论文Fiber Research而纺丝温度太高，共混物经双螺杆后并非从喷丝口挤出，而是呈液态状流出;当共混比为75/25时，.HDPE含量:由于在此种纺丝温度下HDPE的熔融流动性不是很好，体系中HDPE含量增多会明显地影响共混熔体的流动性。当EVAHDPE共 混比例为90/10、85/15时,共混物的纺丝性能最佳，聚合物的流动是稳态的和连续的，纤维丝条光泽均匀并且出现断头的儿率很少。24262830328436384042拉伸倍数/倍表2 EVAHDPE共混纤维的可纺性图5拉伸倍数对共混纤维断裂强度的影响样品编号EVAAIDPE可纺性200-982一2HDPB含量:-这92/8较好90/10妇哥160-85/15好王150580/20家14075/251202.4 EVAHDPE 共混纤维的力学性能由于EVAHDPE共混纤维中含有大量的EVA,2426283.0 3.23.4 3.6 3.840EVA的熔点很低，仅70 C左右，因此共混纤维热拉伸很容易熔断。本次实验，采用室温(25 C左圈6拉伸倍数对共混纤维断裂伸长辜的影响右)拉伸,拉伸倍数分别为2.5、3、 3.5、4倍。不(1) EVA/HDPE 共混物熔体的剪切流动大体上同拉伸倍数下的拉伸纤维断裂强度和伸长如图5和满足Ostwald -waele幂律关系，可用公式r=Ky来表图6所示。拉伸过程中，纤维承受外加张力的分子链数示。随着HDPE含量增加，流变曲线上移,流变性目增加了，从而使纤维的断裂强度显著提高,延伸变差。共混物皆为切力变稀型假塑性流体,非牛顿度下降(9。图5和图6显示了拉伸倍数对EVAN指数n随着HDPE含量的增加而减小。共混物熔体HDPE共混纤维断裂强度和断裂伸长率的影响。由表观黏度随剪切速率提高而下降，而且下降幅度随图5可知，随着拉伸倍数的增加，不同HDPE含量着HDPE含量的增大而增大，因此随着HDPE用量的EVA/HDPE共混纤维断裂强度先上升后下降,增大，共混物熔体表观黏度对剪切速率的敏感性增其分界点在拉伸倍数为3.5的地方。因为由于EVA强。的引入，使原来高度结晶的HDPE晶态结构发生变(2)共混物DSC曲线表明共混物在晶区部分化，形成不稳定的结构，纤维内部的这种不稳定结相容。构很难承受高倍数拉伸。从图5可知，当拉伸倍数(3)当共混物中HDPE的百分含量为10 %、超过3.5的时候，纤维内部的这种不稳定结构被破15 %时，共混物的可纺性好。坏，并且破坏之后不发生重建，结果形成非晶区和(4)随着拉伸倍数的增加，不同HDPE含量高度破坏的晶态共存的结构，因而纤维的断裂强度减弱。由图6可知，随着拉伸倍数的增加，不同其分界点在拉伸倍数为3.5的地方。随着拉伸倍数HDPE含量的EVAHDPE共混纤维断裂伸长率下的增加，不同HDPE含量的EVAHDPE共混纤维降。由图5和图6可知，HDPE的含量为15 %的断裂伸长率下降。HDPE 的含量为15 %的共混纤共混纤维的力学性能最佳。维的力学性能最佳。3结语中国煤化工[1] Meienheimer H, zYHCNMH Gnex[M]. Boea36合成纤维SFC 2011 No.1研究论文Fiber ResearchRaton: CRC Pres, 2008.678 -688.[2]张庆虎高性能乙烯~醋酸乙烯酶(EVA)橡胶的特性及应用办世界[6] 垣内智树,关口浩二等..中空纤维膜及其生产方法:CN,1306883AP].橡胶工业, 200(.):41-49.200[3]张庆虎己烯-醋酸己烯嘴(EVA)橡胶的特性及应用[刀特种橡胶制[7]于俊荣,陈自力等.高密度聚乙烯熔纺纤维的拉伸工艺小合成纤品201.2);18-22维工业, 199 2);1-5.[4]陈乐怡.合咸树脂及塑料速查手册[M].北京:机械工业出版社:2006:[8]张美珍等.聚合物研究方法[M]北京:中国轻工业出版社:2006:167.48.[9] 沈新元.高分子材料加工原理[M]. 北京:中国纺织出版社2000:[5] 洪定一等.塑料工业手册(聚烯烃)[M.北京:化学工业出版社1999:241.The Study on Properties of EVA/HDPE Composite FibersYE Min', WANG Lin', WEN Zhen- xi', W ANG Yi-min2(1. College of Material Science and Engineering, Donghua University, Shanghai 201620, China;2. State Key Lab for Modification of Chemical Fibers and Polymer Materials, Shanghai 201620, China)Abstract: The rheological behavior, thermal property and compatibility of EVA/HDPE blends with dif-ferent blend ratios of HDPE and their spinnability and tensile property of blend fibers are investigated.The results show that with the increase of HDPE content, the flow property of blends decreases. The crys-tal of blends is partially compatible. When the HDPE content of blends is 15 %, the spinnability of blendsand the tensile property of blend fibers are the best. With the increase of draw ratio, the tensile tenacity ofblend fibers increases and elongation at break decreases.Key words: ethylene- vinylacelate copolymer, high density polyethylene, rheological property, thermal pro -perty, compatibility, spinnability, tensile property上海宝贝特种油品化工厂(原_上海市大场化工厂)以品质求生存以科技促发展以服务赢市场兴国内油剂生产厂家中历史悠久兴长期专业生产:涤纶、锦纶、丙纶、复合丝、海岛丝的DTY (无异味)、UDY和涤纶短纤油剂兴满足于客户个性化要求:上油率稳定,抗飞溅性强，坯布不用前处理可直接高温定型不变黄炎依靠长期生产经验的累积:产品渗透性强,抗静电，平滑性，柔软性佳兴技术创新,以诚信服务赢得市场:广泛适宜各种机型:假捻、牵伸、卷曲、织造请与我们联络联系人:孟卫金手机: 13901878010电话: 021-56022112传真: 021-56022112中国煤化工HHCNMH G合成纤维SFC 2011 No.1 37