ارتباط ريزساختار و خواص ريولوژيكي پلي‌اتيلن‌هاي سنگين داراي توزيع وزن مولكولي پهن

Correlation Between Microstructure and Rheological Properties in High Density Polyethylene With Broad Distribution of Molecular Weight

در اين مقاله، ارتباط ميان ريزساختار مولكولي و رفتار پارامترهاي ريولوژيكي سه نوع پلي‌اتيلن با چگالي زياد (BL4،و EX3 و BL3) داراي توزيع وزن مولكولي پهن مطالعه شده است. پارامترهاي ساختاري از قبيل متوسط‌هاي عددي، وزني و Z وزن مولكولي، توزيع وزن مولكولي و عامل شاخه‌دار‌شدن با آزمون رنگ‌نگاري ژل‌تراوايي (GPC) در دماي زياد، شناسايي و اندازه‌گيري شدند. طبق نتايج آزمون GPC، نمونه BL4 بيشترين وزن مولكولي متوسط وزني و هر سه نمونه داراي توزيع وزن مولكولي پهن و نيز نمونه EX3 كمترين PDI را در ميان سه نمونه دارد. همچنين طبق اين آزمون، نمونه EX3 بيشترين شاخه‌هاي جانبي كوتاه را در ميان سه نمونه پلي‌اتيلني دارد. مطالعه خواص ريولوژيكي در دو حالت چرخشي و ديناميكي و در دو ناحيه گرانروكشسان خطي و غيرخطي انجام شد و پارامترهاي گرانروي در تنش برشي صفر (?0)، زمان آسودگي، مدول آسودگي از تنش و ضريب اتلاف به‌دست آمدند. رابطه ميان ?0 با وزن مولكولي و توزيع وزن مولكولي در دماي C°180 به ترتيب به شكل و به‌دست آمد. همچنين، با به‌كارگيري تابع طيف زمان آسودگي، توزيع وزن مولكولي نمونه‌ها محاسبه و با نتايج آزمون GPC مقايسه شد. پس از محاسبه تابع توزيع وزن مولكولي و متوسط‌هاي وزن مولكولي با استفاده از مقادير مختلف پارامتر اختلاط (B)، با انتخاب پارامتر اختلاط B برابر73/0 نتايج قابل‌قبولي براي پارامترهاي مولكولي حاصل از آزمون ريولوژي در مقايسه با نتايج آزمون GPC به‌دست آمد. پس از محاسبه مدول آسودگي از تنش و تابع اتلاف براي هر نمونه، تابع اتلاف نوع C شناسايي شد.

Correlations between molecular microstructure and rheological parameters for three different grades of high density polyethylene (BL3, EX3 and BL4) with broad molecular weight distributions have been investigated. The 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 grades of HDPE have broad MWD and the EX3 has more short chain branches than other two samples. Rheological characterization was performed by a mechanical compact rheometer (MCR) in rotational and dynamic modes at both linear and non-linear viscoelastic regions. Based on rheological characterization the zero shear viscosity (?0), relaxation time and relaxation time distribution, stress relaxation modulus and damping factor were obtained. By utilizing relaxation time spectrum function (h(?)), the molecular weight distribution was calculated for each sample and compared with the GPC results. The relationship between zero shear viscosity with molecular weight and MWD at 180?C was found as and , respectively. After calculating molecular weight distribution function and average molecular weights using different mixing parameters (B), by choosing B=0.73, a good correlation between molecular parameters obtained from rheological data with those of GPC results was obtained. After calculating the 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 for selected different polyethylene types.