ارتباط ریزساختار و خواص رئولوژیکی پلی اتیلن های سنگین دارای توزیع وزن مولکولی پهن

نوع مقاله: پژوهشی

نویسندگان

1 تهران، پژوهشگاه پلیمر و پتروشیمی ایران، پژوهشکده فرایند، گروه پلاستیک، صندوق پستی 112-14975

2 عسلویه، منطقه آزاد اقتصادی پارس جنوبی، مجتمع پتروشیمی جم، واحد تحقیق و توسعه، کد پستی 1434843145

چکیده

در این مقاله، ارتباط میان ریزساختار مولکولی و رفتار پارامترهای رئولوژیکی سه نوع پلی ­اتیلن با چگالی زیاد دارای توزیع وزن مولکولی پهن مطالعه شده است. پارامترهای ساختاری از قبیل متوسط ­های عددی، وزنی و Z وزن مولکولی، توزیع وزن مولکولی و عامل شاخه ­دار­شدن با آزمون GPC در دمای زیاد، شناسایی و اندازه­ گیری شدند. طبق نتایج آزمون GPC نمونه BL4 بیشترین وزن مولکولی متوسط وزنی و هر سه نمونه دارای توزیع وزن مولکولی پهن و نیز نمونه EX3 کمترین PDI را در میان سه نمونه دارد. همچنین طبق این آزمون، نمونه EX3 بیشترین شاخه ­های جانبی کوتاه را در میان سه نمونه پلی­ اتیلنی دارد. مطالعه خواص رئولوژیکی در دو حالت چرخشی و دینامیکی و در دو ناحیه گرانروکشسان خطی و غیرخطی انجام شد و پارامترهای گرانروی در تنش برشی صفر (η0)، زمان آسودگی، مدول آسودگی از تنش و ضریب اتلاف به­ دست آمدند. رابطه میان  η0 با وزن مولکولی و توزیع وزن مولکولی در دمای 180 در جه سلسیوس به­ دست آمد. همچنین، با به ­کارگیری تابع طیف زمان آسودگی، توزیع وزن مولکولی نمونه ­ها محاسبه و با نتایج آزمون GPC مقایسه شد. پس از محاسبه تابع توزیع وزن مولکولی و متوسط ­های وزن مولکولی با استفاده از مقادیر مختلف پارامتر اختلاط (β)، با انتخاب پارامتر اختلاط β  برابر73/0 نتایج قابل­قبولی برای پارامترهای مولکولی حاصل شده از آزمون رئولوژی در مقایسه با نتایج آزمون GPCبه­ دست آمد. پس از محاسبه مدول آسودگی از تنش و تابع اتلاف برای هر نمونه، تابع اتلاف نوع C شناسایی شد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Correlation between Microstructure and Rheological Properties of Broad Molecular Weight Distribution High Density Polyethylenes

نویسندگان [English]

  • Mohammad Javad Shirkavand 1
  • Hamed Azizi 1
  • Ismaile Ghasemi 1
  • Mohammad Karabi 1
  • Reza Rashedi 2
1 Department of Plastics, Iran Polymer and Petrochemical Institute, P.O. Box: 14975-112, Tehran, Iran
2 Research and Development Unit, Jam Petrochemical Company, Pars Free Economic Zone, Postal Code: 1434843145, Assaluyeh, Iran
چکیده [English]

In this article, the correlation between molecular microstructure and rheological behavior for three different grades of high density polyethylene with broad molecular weight distribution have been investigated. Structural parameters such as Mn, Mw, Mz, molecular weight distribution (MWD) and branching index were characterized by high temperature Gel Permeation Chromatography (GPC) test. GPC results showed that BL4 and EX3 have bigger weight average molecular weight and narrower molecular weight distribution, respectively. Furthermore,it was found from GPC results that all three HDPE has a broad MWD and EX3 has more short chain branches than two other samples. Rheological characterization was done in a Mechanical Compact Rheometer (MCR) in rotational and dynamic modes at both linear and nonlinear viscoelastic region. From rheological characterization the zero shear viscosity (η0), relaxation time and relaxation time distribution, stress relaxation modulus and damping factor were obtained and by utilizing relaxation time spectrum function (h(τ)), molecular weight distribution was calculated for each sample and compared with GPC results. The relationship between zero shear viscosity with molecular weight and MWD at 180 ºC obtained. After calculating molecular weight distribution function and average molecular weights using different mixing parameters (β), by choosing β=0.73, a good correlation between molecular parameters obtained from rheological data with those of GPC results was obtained. After calculating stress relaxation modulus and consequently damping factor for each sample, comparing to Doi-Edwards model, it was found that the damping function type C is an appropriate damping function type for selected polyethylenes.

کلیدواژه‌ها [English]

  • High Density Polyethylene
  • molecular structure
  • rheological properties
  • molecular weight distribution
  • damping function