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如何提高（gāo）PE薄膜（mó）的抗（kàng）穿刺能力

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瀏覽：- 發布日期：2020-02-05 09:51:08【大中小】

線（xiàn）型低密度聚乙烯（LLDPE）是以乙烯與α-烯烴（如1-丁烯）共聚得到的聚（jù）乙烯樹（shù）脂，其密度範圍為0.910～0.940 g/cm3。LLDPE薄膜的綜合性能（néng）優異，具有良好的拉伸和撕裂強度（dù），且耐寒、耐候性較（jiào）好，是適合不同地區氣候條件被廣泛使用的（de）通（tōng）用薄膜（如農膜、棚地膜等）材料。LLDPE的分子鏈（liàn）通（tōng）常呈線型結構，主鏈上含有少量短支鏈結構（gòu），幾（jǐ）乎沒有長支鏈，因此在結晶時分子間（jiān）排列較規整，形（xíng）成的結晶尺寸較大，導致其（qí）薄膜產品的衝擊韌性和抗穿（chuān）刺性能較差，透光性也不如低密度聚乙（yǐ）烯。

茂金屬聚乙烯（mPE）是指茂金（jīn）屬催化劑催化聚合得到的聚乙烯，其特點是相對分子質量分布窄、分子鏈為長支鏈結構且分布均勻，將其與普（pǔ）通LLDPE共混時可顯著改善LLDPE的（de）強度（dù）、韌（rèn）性和抗穿刺性能，並可提高薄膜透明（míng）性。但mPE存在生產成本高和不易加（jiā）工等缺點，使（shǐ）其應用受到一定限製。用輻（fú）照法可在聚乙烯分（fèn）子鏈上生成活性自由（yóu）基，並（bìng）引（yǐn）發枝化反應形成長支鏈，利用該方法製備的長鏈支化聚乙烯性能優異，尤其是加工性能好。

采用γ射線對LLDPE進行輻照處理得到輻照LLDPE（xPE）。用xPE和mPE分別與LLDPE共混改性（xìng）製得抗穿刺LLDPE/xPE和LLDPE/mPE薄膜。利用DSC，GPC，SEM等（děng）方法（fǎ）分析（xī）了薄膜的抗穿刺性能。

一般認為聚乙烯薄膜的抗穿刺力與其分子鏈上的支化鏈分（fèn）布有（yǒu）密切關係，mPE的分子鏈上由於含有少量（liàng）長支鏈，可提高材料性能，故常用於共混改性提高聚乙烯（xī）的抗穿刺性能。3種LLDPE薄（báo）膜的抗穿刺性能曲線見圖1。從圖1可看出，LLDPE/mPE薄膜的抗穿刺力（lì）相比LLDPE薄膜顯著提高。這是因為，mPE更規整的鏈結構（gòu）及少量長支鏈改進（jìn）了LLDPE薄膜的抗穿刺性能。LLDPE/xPE薄膜的抗穿刺性能也明顯好於LLDPE薄膜，基本與LLDPE/mPE薄（báo）膜的抗穿刺實驗曲線接近（jìn），這與xPE主（zhǔ）鏈（liàn）上形成了少量長支鏈的結論相吻合。

3種LLDPE抗穿刺性能（néng）曲線

厚度為30 μm 的（de）3種LLDPE薄膜的抗（kàng）穿刺性能，LLDPE薄膜的抗穿刺力為12.5 N。對於LLDPE/xPE薄膜，當m（LLDPE）∶m（xPE）=90∶10時，LLDPE/xPE薄膜（mó）的抗（kàng）穿刺力為12.7 N，較LLDPE薄膜僅提高了1.6%。這可能（néng）是因為，xPE中的長支鏈含量較低，當其用量較少時，其增（zēng）強分子鏈纏結的效果還不（bú）明顯（xiǎn）。隨xPE含量的增大（dà），LLDPE/xPE薄膜的抗穿刺力先逐漸增大（dà）後略有減小。當m（LLDPE）∶m（xPE）=80∶20時，LLDPE/xPE薄膜的抗穿刺力為14.4 N，較LLDPE薄膜提高了15.2%，說明xPE用量的提高（gāo）可使共混體係中（zhōng）長支鏈明顯增加，體係中分子鏈纏結和晶（jīng）區“係帶”增加，從而提高薄膜的抗穿刺性能。對於LLDPE/mPE薄（báo）膜，當m（LLDPE）∶m（mPE）=90∶10時，薄膜抗穿刺力為14.5 N，較（jiào）LLDPE薄膜提高約16.0％；繼續增大mPE的含量，薄膜的抗穿刺（cì）力變化不大。實驗（yàn）結果表明，少量的mPE即（jí）可明顯（xiǎn）提高LLDPE/mPE薄膜的抗穿刺性能，這是（shì）由於mPE的相對分子質量分布更窄、分子結構更規整（zhěng）、長支鏈較（jiào）多且分布更加均勻。

薄膜的抗穿刺（cì）能

薄膜的抗穿刺能（néng）可（kě）更全麵反映薄膜的抗穿刺性能。采用下式計算LLDPE薄膜的抗穿刺能：

E＝∫FD

公式中，

E為抗穿刺能，mJ；

F為抗穿刺力，N；

D為穿刺位移，mm。

3種（zhǒng）LLDPE薄（báo）膜的抗穿刺能，當m（LLDPE）∶m（xPE）=90∶10時，LLDPE/xPE薄膜的抗（kàng）穿刺能（néng）為237.1 mJ，較LLDPE薄膜提高了10.5％。繼續增加xPE的含量，當m（LLDPE）∶m（xPE）=80∶20，m（LLDPE）∶m（xPE）=50∶50時，LLDPE/xPE薄膜的抗穿刺能分別為268.0 mJ和264.0 mJ，較LLDPE薄膜分（fèn）別提高了（le）24.9%和23.0%，即隨xPE含量的（de）增大，LLDPE/xPE薄膜的抗穿刺能先增大後略有減小。對於LLDPE/mPE薄膜，當m（LLDPE）∶m（mPE）=90∶10時，薄膜抗穿刺能為288.7 mJ，較LLDPE薄膜提高了34.5%；繼續增大mPE含（hán）量，LLDPE/mPE薄（báo）膜的抗穿刺（cì）能先略有減小後（hòu）略有增大，總體變化幅度不大（dà），說明mPE用量對LLDPE/mPE薄膜的抗穿刺能影響較小。實驗結（jié）果表明，雖然xPE和mPE中（zhōng）長支（zhī）鏈的含量不同，但均可增加LLDPE分（fèn）子（zǐ）鏈間的纏結和（hé）分子鏈間作用力，使薄膜在一定外力作用下不發生破壞形（xíng）變（biàn）的時間（jiān）延長，因此（cǐ）延長了薄膜使用壽命。

試樣的GPC曲線，從GPC圖可看出，LLDPE的Mw=105 600，Mw/Mn=4.21；而xPE的Mw=113 600，且Mw/Mn=3.68，說明輻（fú）照是以（yǐ）枝化或偶聯反應為主，使一部分低相對分子質量的分子（zǐ）鏈接枝到主鏈上形成長支鏈，使Mw略有增大，且分布變窄，這（zhè）說（shuō）明（míng）薄膜抗穿刺性能的增加與LLDPE/xPE中低相對分子質量（liàng）部分含（hán）量的降低、長支鏈含量（liàng）的增加密切相關。mPE的Mw＝116 400，相對分子質量分布更窄，Mw/Mn僅為3.04，說明其低相對（duì）分子質（zhì）量部分含量（liàng）相對較低，此外聚合（hé）形成的長支鏈分布也比較均勻，所以（yǐ）即使用量較（jiào）少，LLDPE/mPE薄膜抗穿刺性能也能得到明顯改（gǎi）善。

熱性能的測試結果

3種LLDPE薄膜（mó）的DSC數據（jù）見表2。從表2可看出，隨（suí）xPE的加（jiā）入，LLDPE/xPE薄膜的結晶溫度（dù）（Tc）較LLDPE略升高1～2 ℃，而熔點（Tm）以及熔融熱焓（ΔHf）均變（biàn）化不大（dà），說明xPE形成的長支鏈有可能起到一定的成核作用，促進結（jié）晶（jīng）生長，但很少量的長支（zhī）鏈並不破壞LLDPE結晶形（xíng）態的完整，因此熔（róng）點和結（jié）晶度幾乎不變。隨（suí）mPE用（yòng）量的增加，LLDPE/mPE薄膜的結晶溫度和熔點均稍有下降（jiàng），但熔融熱（rè）焓變化不大，這是由於mPE的相對分子（zǐ）質量分（fèn）布窄且短支鏈含量較低，因此影響了LLDPE的結（jié）晶成核過（guò）程，使其結晶過冷度（dù）（Tm-Tc）略微增加。一般認為，LLDPE的熔點是由含共單體少的高相對分子質（zhì）量部分決定（dìng），mPE的熔點低於LLDPE，故LLDPE/mPE的熔點略有下降。

2.4 SEM的表征結果

與（yǔ）LLDPE薄膜相比，LLDPE/xPE和LLDPE/mPE薄膜均產生了更密集和（hé）更均勻分布的（de）銀紋化，並逐漸擴展成纖維化，直至薄膜最（zuì）終發（fā）生破損斷裂。

這是因為，xPE和mPE中少量的長支鏈（liàn）促進了LLDPE分子鏈間的纏結，使其受到外力（lì）作用時可通過分子鏈（liàn）解纏結、分子鏈間摩擦（cā）增大等更有效耗散外力作用，使薄膜的抗穿刺性能得以提高。而長支鏈分布越均勻（yún），對外力作（zuò）用的耗散也越明顯，薄膜的抗穿刺性能（néng）也越好。

3 結論

1） xPE和mPE與LLDPE共（gòng）混改性可提高LLDPE薄膜的抗穿刺性能（néng）。對於LLDPE/xPE薄膜，隨xPE用量的增大，抗穿刺力（lì）增大，當m（LLDPE）∶m（xPE）=80∶20時，LLDPE/xPE薄膜的抗穿刺力為14.4 N，較LLDPE薄膜提高了15.2%。對於LLDPE/mPE薄膜，少量的mPE用量即可提高（gāo）薄膜的抗穿刺性能，當m（LLDPE）∶m（mPE）=90∶10時，薄膜抗穿刺力為14.5N，較LLDPE薄（báo）膜約提高（gāo）16.0%。

2）當m（LLDPE）∶m（xPE）=80∶20時，LLDPE/xPE薄膜的抗（kàng）穿刺能為268.0 mJ，較LLDPE薄膜提高（gāo）了24.9%。當m（LLDPE）∶m（mPE）=90∶10時，LLDPE/mPE薄（báo）膜的抗穿刺能為（wéi）288.7mJ，較LLDPE薄膜提高了34.5%。

3）xPE和mPE中均含有少量長支鏈，有利於增強分子鏈間的纏結，並提高分子鏈間的相互作用力，從而改善LLDPE薄膜的抗穿刺性能，延長薄膜使用壽命。

資料來源：薄膜通

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