模具内外模体旋转吹塑交织取向薄膜及其结构性能研究

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塑料薄膜的成型方法有很多,其中挤出吹塑成型因其设备简单、投资成本低、收效快等诸多优势,在薄膜成型生产中使用更为普遍。然而由于挤出吹塑成型中吹胀比远小于牵引比,薄膜的横向拉伸性能与撕裂性能都较低。传统吹塑模具在设计时为了保证熔体的均匀分配,往往需要设计复杂的流道结构,增加模具的体积与制造成本,此外在挤出吹塑过程中常常出现压力过大、漏料,薄膜制品厚度不均匀等一系列技术问题。这不但不利于吹塑薄膜均衡横纵向机械性能的提高,而且还严重地限制了吹塑薄膜技术的发展与推广,因此设计出新型吹塑模具对改善目前吹塑模具存在的问题,提高吹塑薄膜机械性能具有重要的学术价值。本文提出了一种基于模具内外模体反向旋转的吹塑成型新技术,该模具具有结构简单、体积小等特点,可通过改变模具内外模体反向旋转速度实现交织取向薄膜的吹塑成型以提高薄膜的机械性能。通过将自主研制的小型内外模体反向旋转挤出吹塑模具与挤出机,驱动装置,冷却系统和牵引收卷等装置组合,搭建了试验级的小型挤出吹塑薄膜系统,并成功制备出具有交织取向结构的低密度聚乙烯(LDPE)薄膜。通过合理的假设,建立了熔体在挤出吹塑模具内外模体之间的环隙流道内交织取向挤出流动过程的物理、数学模型,并通过理论推导出熔体在挤出吹塑模具内环隙流道的速度、压力分布的表达式,分析了熔体流动的特点,这为薄膜的制备与实验提供了理论指导。通过实验探究了该挤出吹塑模具特有的内外反向旋转速度,以及模具温度,挤出机螺杆转速等工艺参数对制备的两种LDPE薄膜(低粘度LDPE薄膜与高粘度比LDPE共混薄膜)微观结构,熔融结晶性能,力学性能等相关性能的影响。结果表明,适当的内外反转速度,不但可以改善薄膜厚度均匀性,而且反向旋转所产生的周向剪切作用促进了分子链取向片晶结构的形成与完善,进而提高了结晶度,且片晶的取向方向与薄膜拉伸方向呈现一定倾角,其大小与内外反向旋转速度的大小呈正相关。由于内外模体反向旋转的作用,薄膜内外表面的片晶取向不同,呈现交织取向结构。进而显著提高了薄膜的横向和纵向机械性能。与常规没有旋转的吹塑薄膜样品相比,制备的低粘度LDPE薄膜的横向拉伸强度提高了39.4%,纵向拉伸强度提高了47.4%。横纵向撕裂强度分别提高了38.2%,28.3%。制备的高粘度比LDPE共混薄膜的横纵向拉伸性能分别提高59.2%和59.7%,横纵向撕裂性能分别提高了29.5%与30.3%。
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