CN1287915A - 改善线性低密度聚乙烯加工性能的方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于改善线性低密度聚乙烯加工性能的方法,其特点是线性低密度聚乙烯通过超声挤出装置的螺杆(8)输送,经120～220℃塑化熔融,熔体(9)经过超声探头(4)辐照后从机头口模(5)出口流出,熔体在挤出的同时施加频率18～25KHz,功率50～300W的超声辐照。结果表明,通过超声辐照可加剧线性低密度聚乙烯分子链段的运动,降低线性低密度聚乙烯熔体的挤出口模压力和表观粘度,增加挤出产量,消除熔体破裂现象,提高了挤出制品的质量。

Description

改善线性低密度聚乙烯加工性能的方法
本发明属于聚合物加工领域。
聚乙烯是世界上最重要的通用塑料，约占塑料总产量的30％左右。据报道，1998年全世界聚乙烯产量已达0.54亿吨(Anon.Modern Plast.，1998，75(10)，256)。而线性低密度聚乙烯(LLDPE)作为第三代聚乙烯的新品种，近几年正突飞猛进地发展。由于线性低密度聚乙烯具有价格低、产量高、机械性能好(如拉伸强度、抗撕裂性、抗穿刺力及抗环境应力龟裂等性能)等优点，正在迅速占领着低密度聚乙烯(LDPE)市场，预计最终将取代70％的普通低密度聚乙烯制品。但线性低密度聚乙烯分子量分布窄的特征导致其熔体粘度大，易产生熔体破裂现象从而难于在普通的聚乙烯成型设备上进行加工。因此，改善线性低密度聚乙烯的熔体特性，改进其加工性能具有十分重要的意义。
目前，改善线性低密度聚乙烯加工性能的主要方法有：
一．与其它聚合物的共混改性。
通过在线性低密度聚乙烯中添加低密度聚乙烯作为加工助剂或加入低分子聚合物如氟聚合物、有机硅聚合物、聚α-甲基苯乙烯、低分子聚烯烃等作为加工改性剂(吴培熙，张留成编著，聚合物共混改性，中国轻工业出版社，北京，1996)，可显著增大线性低密度聚乙烯熔体的流动性，避免熔体破裂的发生并提高加工产量，通用的成型设备不必改造就可用以加工。但这会影响线性低密度聚乙烯本身的优异性能，降低制品的质量，甚至造成工业污染，并没有从根本上解决线性低密度聚乙烯加工性能差的问题。
二．采用专门设计的塑料加工机械。
以挤出成型为例，采用逆向旋转双螺杆挤出机、柱塞挤出机以及电磁动态塑化挤出机(C.劳温代尔著，陈文瑛等译，塑料挤出，中国轻工业出版社，北京，1996；瞿金平，中国塑料，1997，11(3)，69)等加工设备可有效降低熔体的挤出压力和表观粘度，降低线性低密度聚乙烯的加工温度，改善挤出制品的质量，提高线性低密度聚乙烯的加工性能；研制新型螺杆、增大挤出机螺杆直径和长径比也可以提高挤出产量和塑化质量，提高产品质量，利于线性低密度聚乙烯的加工。但采用专门的加工机械会使生产厂家原有成型设备闲置与浪费，增加了成本和工作强度，造成资源配置的不合理，不符合厂家的实际需要。
本发明的目的是针对现有技术的不足而提供一种改善线性低密度聚乙烯加工性能的方法，其特点是将挤出机的机头口模处安装超声辐照装置，通过超声辐照作用大大提高了线性低密度聚乙烯的加工性能，效果显著，简单易行。
本发明的目的通过以下技术措施实现：
1．线性低密度聚乙烯通过超声挤出装置的螺杆(8)输送，经120～220℃塑化熔融，熔体(9)经过超声探头(4)辐照后从机头口模(5)出口流出，熔体在挤出的同时施加频率18～25KHz，功率50～300W的超声辐照。
2．在挤出机(1)的机头口模(5)内安装超声探头(4)，超声探头(4)通过换能器(3)连接超声波发生器(2)。
3．超声挤出装置不仅改善了线性低密度聚乙烯的加工性能，还适用于改善低密度聚乙烯(LDPE)、高密度聚乙烯(HDPE)、聚丙烯(PP)和聚苯乙烯(PS)等塑料材料的加工性能。
实验结果表明，超声辐照作用可以活化线性低密度聚乙烯分子链段运动，显著降低线性低密度聚乙烯熔体的挤出口模压力和表观粘度，挤出产量大幅度增加，经辐照作用后，挤出物出口膨胀减小，挤出物外观质量明显提高。
本发明的超声挤出装置的具体结构由以下附图和实施例给出：
图1为超声挤出装置的结构示意图。
1挤出机，2超声波发生器，3换能器，4超声探头，5机头口模，6加热套，7热电偶。
图2为机头口模结构示意图。
8螺杆，9熔体。
图3为未经超声辐照线性低密度聚乙烯挤出物表面形貌SEM照片(挤出温度160℃，挤出机转速40rpm)。
图4为经频率20KHz，功率250W超声辐照的线性低密度聚乙烯挤出物表面形貌SEM照片(挤出温度160℃，挤出机转速40rpm)。
实施例：
以下是通过实施例对本发明进行的具体描述，有必要在此指出的是以下实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的技术人员可以根据上述本发明内容对本发明作出一些非本质的改进和调整。
1．控制挤出机各段加热温度分别为130，150，160，160℃，挤出机转速40rpm，在LLDPE的挤出过程中施加频率20KHz，功率250W的超声辐照。挤出口模压力测试表明，施加超声辐照后，口模压力由6.8MPa下降到5.1MPa，经计算，熔体表观粘度降低25％，挤出产量提高87％。扫描电镜观察挤出物表面形貌，未经辐照的LLDPE挤出物表面出现严重的鲨鱼皮现象，如图3所示；超声辐照后，挤出物表面光滑，缺陷很少，如图4所示。
2．控制挤出机各段加热温度分别为130，150，170，170℃，挤出机转速30rpm，在LLDPE的挤出过程中施加频率20KHz，功率250W的超声辐照。挤出口模压力测试表明，施加超声辐照后，口模压力由5.8MPa下降到4.1MPa，经计算，熔体表观粘度降低28％，挤出产量提高83％。
3．控制挤出机各段加热温度分别为130，150，170，170℃，挤出机转速10rpm，在LLDPE的挤出过程中施加频率20KHz，功率250W的超声辐照。挤出口模压力测试表明，施加超声辐照后，口模压力由3.4MPa下降到2.0MPa，经计算，熔体表观粘度降低40％，挤出产量提高123％。
4．控制挤出机各段加热温度分别为130，150，170，170℃，挤出机转速10rpm，在LLDPE的挤出过程中施加频率20KHz，功率150W的超声辐照。挤出口模压力测试表明，施加超声辐照后，口模压力由3.4MPa下降到2.5MPa，经计算，熔体表观粘度降低26％，挤出产量提高48％。
5．控制挤出机各段加热温度分别为130，160，180，180℃，挤出机转速20rpm，在LLDPE的挤出过程中施加频率20KHz，功率250W的超声辐照。挤出口模压力测试表明，施加超声辐照后，口模压力由4.4MPa下降到3.1MPa，经计算，熔体表观粘度降低28％，挤出产量提高75％。
6．控制挤出机各段加热温度分别为130，160，190，190℃，挤出机转速20rpm，在LLDPE的挤出过程中施加频率20KHz，功率250W的超声辐照。挤出口模压力测试表明，施加超声辐照后，口模压力由4.1MPa下降到2.8MPa，经计算，熔体表观粘度降低30％，挤出产量提高79％。
7．控制挤出机各段加热温度分别为140，180，200，200℃，挤出机转速10rpm，在HDPE的挤出过程中施加频率20KHz，功率250W的超声辐照。挤出口模压力测试表明，施加超声辐照后，口模压力由4.3MPa下降到2.9MPa，经计算，熔体表观粘度降低34％，挤出产量提高88％。
8．控制挤出机各段加热温度分别为180，190，220，220℃，挤出机转速20rpm，在PS的挤出过程中施加频率20KHz，功率250W的超声辐照。挤出口模压力测试表明，施加超声辐照后，口模压力由2.0MPa下降到1.5MPa，经计算，熔体表观粘度降低34％，挤出产量提高50％。
本发明具有以下优点：
1．通过超声辐照，能显著降低线性低密度聚乙烯熔体的表观粘度和挤出压力，消除熔体破裂现象，提高挤出产量，大大改善了线性低密度聚乙烯的加工性能。
2．通过超声辐照，能克服由于添加低分子量助剂降粘而导致的产品性能下降和化学工业污染，是一种清洁高效的降粘方法，可广泛应用于线性低密度聚乙烯的加工成型。
3．采用超声辐照技术，只需将现有的加工成型设备稍加改造，既可加工线性低密度聚乙烯，又可以用来加工高密度聚乙烯、低密度聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯等其它塑料材料，操作简单易行、安全可靠，避免了重复投资，降低了生产成本。

Claims (3)

1．改善线性低密度聚乙烯加工性能的方法，其特征在于线性低密度聚乙烯通过超声挤出装置的螺杆(8)输送，经120～220℃塑化熔融，熔体(9)经过超声探头(4)辐照后从机头口模(5)出口流出，熔体在挤出的同时施加频率18～25KHz，功率50～300W的超声辐照。
2．按照权利要求1所述改善线性低密度聚乙烯加工性能的方法所用超声挤出装置，其特征在于将挤出机(1)的机头口模(5)内安装超声探头(4)，超声探头(4)通过换能器(3)连接超声波发生器(2)。
3．按照权利要求1或2所述改善线性低密度聚乙烯加工性能的方法所用超声挤出装置，其特征在于该超声挤出装置还适用于改善低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、聚丙烯和聚苯乙烯的加工性能。
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