纖維類聚丙烯樹脂的質量控制

曹永民 李莉 晏秋良

摘要：本文針對分公司纖維類聚丙烯樹脂生產中出現的產品拉伸斷裂性能不穩定，監測手段滯后，存在質量風險的問題進行了探討。

關鍵詞：纖維類聚丙烯樹脂 拉伸斷裂性能 質量風險

纖維類聚丙烯樹脂是生產聚丙烯纖維的原料。聚丙烯纖維分為長纖維、短纖維、無紡布等，其中長纖維可分為普通長纖維和細旦長纖維。細旦長纖維由于密度小、靜電小、保暖、手感柔軟、有光澤，酷似真絲，有芯吸效應，能與棉、真絲、氨綸等交織成棉蓋丙、絲蓋丙等產品，是制作內衣、運動服裝、T恤的的理想材料，市場應用前景廣闊。在聚丙烯纖維料生產中，產品拉伸斷裂性能不穩定，生產控制困難。分析方面，拉伸斷裂性能檢測時間長，需要2天時間。一旦出現不合格，無法提前預測判斷，產品已經包裝入庫，改變牌號，需要重新倒袋，增加生產成本。本文就纖維類聚丙烯樹脂生產控制、質量檢測方法進行了探討。

1 纖維類聚丙烯樹脂的質量要求及其生產控制

聚丙烯纖維高速紡絲時噴頭拉伸高達30倍，剪切速率達24x104/秒，因此必須采用高熔體質量流動速率的聚丙烯樹脂。熔體質量流動速率相同的聚丙烯樹脂，分子量及其分布較小的變化可造成紡絲性能的根本性改變【1】[2]。

等規指數對聚丙烯的結晶性能起著決定性的作用。等規指數太低會降低細流強度，使細流粘、紡絲困難。一般紡短纖維要求等規指數大于95 %，紡細旦長纖維，要求等規指數大于97%。

丙烯聚合過程中因停留時間、溫度分布不均，產生的齊聚物稱凝膠粒子。纖維類聚丙烯樹脂的可紡性在很大程度上取決于凝膠粒子的含量。這種膠粒雖然具有相同的化學成分，但其物理性能卻相差很大。凝膠粒子的存在，破壞了熔體的均勻性，使熔體的拉伸性能大大降低，嚴重時造成斷頭，無法紡絲。一般控制凝膠粒子含量的指標在1520平方厘米的薄膜中為【1】[2]：大凝膠（0.8 mm以上）：0個;中凝膠（0.4～0.8 mm）：5個以下;小凝膠（0.2～0.4 mm）：50個以下。

灰分的多少標志著無機雜質的含量。無機雜質的存在使紡絲性能和纖維質量下降。高速紡時熔體通過量大，濾層負荷也大，要求灰分含量盡量低。

在聚丙烯生產中，主要通過控制產品熔體質量流動速率和等規指數控制產品質量，對分子量分布的控制缺乏有效手段，一般實驗室也無檢測方法，存在質量控制風險。

2 纖維料聚丙烯產品的拉伸斷裂性能預測

在相同溫度不同負荷下測定的熔體質量流動速率之比稱流動速率比，流動速率比一般用來表征分子量分布對熱塑性塑料流變行為的影響【4】。在聚丙烯纖維料生產期間，對每一批產品，用2個砝碼做熔體質量流動速率，求得與標準條件下（1個砝碼）熔體質量流動速率結果之比，同時進行斷裂應力、斷裂標稱應變測定，以斷裂應力與熔體質量流動速率比做曲線，以斷裂標稱應變與熔體質量流動速率比做曲線，見圖1：

由圖1、圖2可以看出，隨著熔體質量流動速率比增大，拉伸斷裂性能呈下降趨勢，而且穩定性也變差。熔體質量流動速率比在2.570以下時，拉伸斷裂應力在20Mpa以上，拉伸斷裂標稱應變在500以上，而且結果比較穩定;熔體質量流動速率比高于2.570時，不穩定，在2.706～2.80之間時，存在拉伸斷裂應力、拉伸斷裂標稱應變不合格風險。

4 結論

在聚丙烯產品質量控制中，熔體質量流動速率、等規度是兩個主要控制指標。對于大部分聚丙烯產品，控制熔體質量流動速率、等規度就能有效控制產品質量。對于纖維類聚丙烯樹脂，僅僅控制熔體質量流動速率、等規度是不夠的，還要對分子量分布、凝膠含量進行控制。要克服聚丙烯生產控制熔體質量流動速率、等規度的固有思維，通過選擇合適的催化劑、控制合適的加氫量、控制聚合溫度防止局部高溫等措施，控制分子量分布、控制凝膠粒子。

纖維類聚丙烯樹脂生產，可以通過熔體質量流動速率比判斷分子量分布，預測拉伸斷裂性能，有效控制產品質量。流動速率比低于2.700，纖維料拉伸斷裂性能好，溫度、壓力對流變性能影響小;流動速率比高于2.800，纖維料拉伸斷裂性能不穩定;流動速率比在2.700～2.800之間，纖維料拉伸斷裂性能最差，產品對溫度、壓力非常敏感，產品質量存在不合格風險。

參考文獻

[1]丙綸高速紡工藝及對聚丙烯樹脂的質量要求 魏東周 吳震球 劉靜 合成纖維工業 1984）1—）：43-17+62

[2]分子量分布對聚丙烯力學性能的影響 呂南斗 北京化工大學學報 1995（3）：53-57

[3]Ziegler-Natta催化體系中影響聚丙烯分子量分布的因素 張曉帆等 高分子通報，2010（12）：30-37

[4]GB/T3682.1 塑料 熱塑性塑料熔體質量流動速率和熔體體積流動速率的測定 第一部分 標準方法。

作者簡介：曹永民，男，湖南岳陽人，本科，副主任工程師，從事石油化工檢驗技術管理工作