摘要:通過非等溫吹塑薄膜擠出實驗研究了纖維素的NMMO(N-甲基嗎啉-N-氧化物,亦稱N-甲基氧化嗎啉)溶液在不同工藝條件下的拉伸流動行為。討論和推導(dǎo)了擠出過程中的理論數(shù)學(xué)模型,測定了纖維素溶液在加工過程中膜泡半徑和膜厚隨加工方向的變化,并對沿加工方向上拉伸速率和表觀拉伸黏度的變化進行了探討。研究表明:質(zhì)量份數(shù)為9%的纖維素溶液在加工過程中拉伸黏度受拉伸速率與溫度的綜合影響,沿加工方向呈現(xiàn)先微降,再漸升的趨勢;在加工過程中隨著牽引速度和膜泡內(nèi)外壓力差(△P)的增大,膜泡的厚度變小,拉伸速率變大,拉伸黏度變小?! £P(guān)鍵詞:拉伸黏度;吹膜;纖維素溶液 應(yīng)用Lyocell工藝來制得的纖維素管膜與Lyocell纖維一樣,也具有生產(chǎn)工藝的無污染性和產(chǎn)品的可降解性等優(yōu)點;而且管膜的吹膜過程為雙軸拉伸,與加工過程為單軸拉伸的平膜相比物理性能要好得多。 本文研究中采用的是吹制的雙軸拉伸管膜。如圖1所示,纖維素的NMMO水溶液通過環(huán)狀口模擠出形成一個膜管,與此同時壓縮氣體從口模的上部輸入,將膜管在空氣隙中充脹成一個膜泡后進入凝固浴中成型。同時,膜管內(nèi)部也要輸入凝固浴以對膜管內(nèi)壁進行凝固。本實驗中采用的內(nèi)外凝固浴都為水。國外有許多單位都在進行NMMO法纖維素薄膜的研究開發(fā)工作,如奧地利的Lenzing公司、英國Courtaulds公司、日本Terumo公司等。 高聚物物料的流動在高聚物加工中是十分重要的。絕大多數(shù)高聚物加工成型幾乎都在流動態(tài)下進行,成型過程不僅決定了高聚物制品的外觀、形狀和質(zhì)量,而且對材料的鏈結(jié)構(gòu)、超分子結(jié)構(gòu)及織態(tài)結(jié)構(gòu)都有著極其重要的影響,是決定高分子材料最終結(jié)構(gòu)和性能的中心環(huán)節(jié)。 本文所涉及的拉伸流動因在實驗方法和實驗結(jié)果的分析上都還存在許多困難,故目前研究尚不多。對于薄膜吹塑過程流變方面的研究,近30年來只有Han和Park的實驗及理論模型最為經(jīng)典。但該模型的研究對象是聚乙烯等常規(guī)高聚物熔體,且吹膜加工方向是垂直向上,通過空氣冷卻凝固。本實驗采用纖維素溶液進行吹膜,加工方向是垂直向下,通過空氣冷卻并經(jīng)過凝固浴進行凝固。因此必須對Han采用的模型進行修改才能應(yīng)用。本文通過纖維素的NMMO溶液的吹塑薄膜實驗研究了不同工藝條件下的拉伸流動行為,測定了拉伸黏度沿加工方向的變化。1 實驗部分1.1 主要原料 NMMO(C5H11NO2),質(zhì)量含量為50%,德國BASF公司; 保定棉漿,聚合度為488,保定漿粕廠; 901#木漿粕,聚合度為728,美國生產(chǎn); 抗氧劑,沒食子酸丙脂(C10H12O3),上海試劑二廠生產(chǎn)。1.2主要設(shè)備 阿貝折光儀,2WA860641,上海光學(xué)儀器廠; 塑料薄膜片測厚儀,CH-1-S,精度為0.001mm,上海六菱儀器廠; 熱電偶溫度計,010,上海婁山熱工儀表廠; 張力計,由東華大學(xué)SZC-Ⅲ型纖維張力測試計改制; 控制應(yīng)力流變儀,RS150L,德國HAAKE公司; 差壓表,2000-250PA,美國Dwyer儀器公司。1.3 實驗過程 首先按照工藝要求制備纖維素質(zhì)量份數(shù)為9%的NMMO水溶液。在吹膜過程中,用數(shù)碼相機拍攝每種擠出條件下膜泡的形狀,并測定剛出凝固浴時纖維素薄膜的張力(如圖1),以及進入凝固浴前膜泡的溫度。然后,將收集的樣品用測厚儀測定沿加工方向薄膜的厚度分布。(待續(xù))
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