影響聚乳酸熔融指數(shù)的因素研究

在非織造層中，填充纖維的線密度小，同時具有很大的比面，間隙小，間隙率高。因此，其過濾、屏蔽和加熱的應(yīng)用特性不具備其他工藝中的非織造層。Taguchi法是將質(zhì)量管理與經(jīng)濟(jì)效益聯(lián)系在一起,運(yùn)用數(shù)學(xué)方法,從工程觀點(diǎn)、技術(shù)觀點(diǎn)和經(jīng)濟(jì)觀點(diǎn)對質(zhì)量管理的理論和方法進(jìn)行綜合研究,是一套獨(dú)特的、具有有效性、通用性、邊緣性極強(qiáng)的質(zhì)量設(shè)計(jì)和質(zhì)量評價體系,廣泛應(yīng)用于工藝設(shè)計(jì)、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、計(jì)量測試和技術(shù)開發(fā)本文從避免聚乳酸降解而導(dǎo)致分子量分布變寬的角度出發(fā),使用Taguchi法系統(tǒng)分析提高聚乳酸熔融指數(shù)的途徑,以便用于熔噴工藝。1實(shí)驗(yàn)部分1.1聚丙烯酸酯聚合物pahs聚乳酸(PLA),注射級,熔融指數(shù)32g/10min(190℃),美國Cargill-Dow聚合物公司;增韌劑Poly(ethyleneglutaric-co-terephthalate)copolyester(FP),熔融指數(shù)90g/10min(190℃);增塑劑乙酰檸檬酸三正丁酯(ATBC),分析純。1.2熔融指數(shù)儀和檢測儀器SU-70ML型微型密煉機(jī),江蘇溯源橡塑科技有限公司;GT-MI7100型熔融指數(shù)儀,高鐵檢測儀器有限公司;DZF-6020型真空干燥箱,上海一恒科學(xué)儀器有限公司;AR1140型分析天平,美國Ohaus公司。1.3共混樹脂切粒制備PLA和FP樹脂在共混前用真空烘箱在80℃下干燥4小時,使樹脂含水量降到250ppm以下。干燥后,PLA、FP和ATBC按照不同比例在180℃下共混不同的時間,轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速控制在50rpm。共混完成后,將得到的共混樹脂切粒,并用真空烘箱在80℃下干燥4小時,除去在切粒過程中吸收的水分,并在真空條件下冷卻直至熔融指數(shù)測試。測試時,將干燥冷卻的PLA/FP/ATBC共混樹脂加入到熔融指數(shù)儀,在測試溫度190℃下,壓實(shí)并加上承重2.16Kg,熔融不同的時間,測試其熔融指數(shù)(MI)。2問卷的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)2.1反應(yīng)法ag抗寒法Taguchi實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)是一種質(zhì)量控制理論,采用正交優(yōu)化法,用信噪比(S/N)作為分析依據(jù),以正交多項(xiàng)式(OA)和方差分析作為分析手段。該法的最大優(yōu)點(diǎn)是在不考慮其他因素的情況下,能確定其中一個因素對目標(biāo)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響程度。Taguchi設(shè)計(jì)主要包括兩部分內(nèi)容:首先是產(chǎn)品實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì),利用正交實(shí)驗(yàn)技術(shù)確定各因子取值水平與質(zhì)量性能之間的數(shù)量關(guān)系;其次是對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的優(yōu)選分析,利用信噪比確定各因子在不同水平情況下的產(chǎn)品質(zhì)量,從而確定優(yōu)選發(fā)案2.2實(shí)驗(yàn)時間的確定提高PLA樹脂的熔融指數(shù)有兩種方法:第一,加入塑化劑或熔融指數(shù)較高的樹脂,增加分子間的自由體積,但塑化劑過多會有強(qiáng)烈的遷移,影響加工過程和使用性能;第二,降低PLA的分子量,但用熱裂解法降低PLA樹脂分子量會導(dǎo)致分子量分布過寬而難以用熔噴法進(jìn)行加工。圖1為PLA從圖中可以看出,隨著ATBC的含量由0增加到10%,PLA改性樹脂的熔融指數(shù)急劇增加,由50g/10min增加到100g/10min左右。因此,增加塑化劑ATBC的含量可以急劇提高PLA的熔融指數(shù)。但塑化劑含量過多會在進(jìn)行熔噴實(shí)驗(yàn)時大量揮發(fā),導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)無法進(jìn)行,而PLA改性樹脂的熔融指數(shù)隨FP含量增加的幅度不明顯,只有小幅度的上升,在一般熔融指數(shù)實(shí)驗(yàn)的誤差范圍內(nèi),故難以判斷FP的增加是否能明顯提高PLA改性樹脂的熔融指數(shù)。本實(shí)驗(yàn)選擇塑化劑ATBC含量固定在5%,FP含量由0到10%進(jìn)行探討。圖2為干燥的PLA樹脂顆粒在溫度為180℃下密煉機(jī)中混煉時扭矩隨時間的變化曲線。由圖中可以看出,PLA的加料峰在約30秒出現(xiàn),熔融峰在約100秒附件達(dá)到頂峰,PLA的扭矩大約在120秒時穩(wěn)定,直到180秒后進(jìn)一步明顯下降。這是因?yàn)镻LA在120時基本達(dá)到均勻熔融狀態(tài),直至約180秒前,扭矩基本保持不變。而180秒后,由于混煉時間過長,PLA開始明顯的熱降解,故扭矩明顯下降。本實(shí)驗(yàn)選擇共混時間為120秒(2分鐘)和180秒(3分鐘)進(jìn)行探討。圖3為干燥的純PLA樹脂在測試溫度為190℃時,在不同的測試預(yù)熱時間下測得的PLA純樹脂的熔融指數(shù)。從圖中可以看出,在預(yù)熱時間小于4分鐘時,測試誤差大,所得熔融指數(shù)數(shù)值小。這是因?yàn)轭A(yù)熱時間過短,PLA樹脂尚未完全均勻熔融;在預(yù)熱時間為4到5分鐘時,測試誤差小,所得熔融指數(shù)變化小;而在預(yù)熱時間超過6分鐘后,熔融指數(shù)值上升很快,這是因?yàn)镻LA預(yù)熱時間過長,測試時樹脂與空氣接觸較多,有較強(qiáng)烈的熱裂解,導(dǎo)致分子量明顯降低。本實(shí)驗(yàn)選擇預(yù)熱時間為4分鐘與5分鐘進(jìn)行探討。根據(jù)Taguchi法設(shè)計(jì)原則,本實(shí)驗(yàn)主要考察(PLA3結(jié)果與討論3.1信噪比s/n按照Taguchi實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法,實(shí)驗(yàn)分為12個,每個實(shí)驗(yàn)重復(fù)5次,按照信噪比(S/N)的表達(dá)式(1)計(jì)算。12組實(shí)驗(yàn)的正交矩陣設(shè)計(jì)方案和實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表2所示。3.2信噪比的平均測定對上述MI實(shí)驗(yàn)結(jié)果和信噪比計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析,計(jì)算出三個工藝參數(shù)影響因子的各個水平的信噪比平均值。用A1表示A因子(FP含量)在水平1的信噪比,A2,A3,B1,B2,C1,C2的含義相同。如對于A1,其信噪比平均值為:同理,其余影響因子在各個水平的信噪比平均值計(jì)算結(jié)果與比較如表3和圖4。3.2.1共混阻燃改性從圖4中可以看出,在所有因子和水平中,要使樹脂的熔融指數(shù)值達(dá)到最高,最佳的配方組合為A3B2C2,即FP與PLA的質(zhì)量比為10∶90,共混時間為3分鐘,熔融時間為5分鐘。這是因?yàn)镕P在190℃下較PLA有較高的熔融指數(shù),兩者分別為90g/10min和32g/10min,混入較多的FP組份,有助于提高共混樹脂的熔融指數(shù),且因塑化劑ATBC的加入,使分子鏈間的自由體積增加,更能充分塑化FP與PLA分子鏈纏結(jié)的部分。PLA作為一種極易熱降解的高分子材料,延長共混時間和測試熔融時間均會裂解PLA的分子鏈,降低其分子量,使PLA共混物的熔融指數(shù)提高。3.2.2改性樹脂對pla為了確定FP含量,共混時間和測試熔融時間對PLA共混物的熔融指數(shù)的影響程度,需要計(jì)算各影響因子的方差和。因子A的方差和S同理,可算得:S總方差和S同理,可算出影響因子A、B、C對PLA改性樹脂熔融指數(shù)提高的影響程度,結(jié)果見表4。從表4中可發(fā)現(xiàn),FP含量對熔融指數(shù)的影響程度為53.73%,共混時間的影響程度為18.6%,測試熔融時間的影響為27.67%。因此可判定,在不降低PLA分子量的前提下,使用高熔融指數(shù)的FP樹脂對PLA進(jìn)行改性,可顯著提高PLA的熔融指數(shù)。而在共混時間不太長時,共混時間對PLA樹脂的分子量的降低作用要小于測試共混物熔融指數(shù)時的熔融保溫時間,這可能是因?yàn)楣不焓翘幱谌忾]的條件下,融化的樹脂與空氣接觸時間較短,不易吸收空氣中的水汽;而測試加料時熔融樹脂與空氣接觸較長,易吸收空氣中水汽而在高溫條件下降解。4熱裂解法