Page 32 - 《橡塑技术与装备》2021年12期（6期下半月 塑料）

橡塑技术与装备（塑料） CHINA RUBBER/PLASTICS TECHNOLOGY AND EQUIPMENT (PLASTICS)

2.3 非等温结晶过程分析 式（3），将三种大口径 HDPE 管道材料的 ln｛-ln[1-
描述聚合物等温结晶过程的经典方程是 Avrami X(t))]｝对 lnt 作图，得到图 3。
方程，见公式（2）。 ln ｛-ln[1-X(t)]｝=lnZ+nlnt （3）
n
1-X(t)=exp(-Zt ) （2） 从图 3 可以看出 ：三种大口径 HDPE 管道材料在
式中 ： 5，10，20 ℃ /min 降温速率下均表现出了类似的结晶
X(t)—任意时间 t 的相对结晶度 ； 行为，在结晶前期，三种大口径 HDPE 管道材料的 ln
Z—等温结晶速率常数 ； ｛-ln[1-X(t))]｝与 Int 曲线具有一定的线性关系，但
n—Avrami 指数，它与成核机理和晶体生产方式 到结晶后期就偏离线性，说明晶体生长前期按照次级
有关。 成核机理生长，而后期晶体间发生碰撞破坏线性生长
将公式（2）两边取对数得到公式（3）。根据公 模式。

图 3 三种大口径 HDPE 管道材料的 ln[-ln(1-X(t))]-lnt 曲线

本文采用修正 Avrami 方程的 Jeziorny 法处理非 半结晶时间逐渐增大，10 ℃ /min 和 20 ℃ /min 降温
等温结晶数据。Jeziorny 法是利用公式（4）对等温结 速率下半结晶时间变化也是如此，说明 3 个材料中 1 #
晶速率常数 Z 进行修正。 材料的结晶时间最短，结晶速度最快。在生产大口径
InZ c =InZβ （4） HDPE 管材时，选择半结晶时间相对短的材料，有利
式中 ： 于大口径管材口模挤出后的冷却结晶，既能能减少大
Z c ——非等温结晶速率常数 ； 口径管材内外壁结晶差异，保证产品质量，又能缩短
β——降温速率。 加工周期，提高生产效率。
对图 3 所示的三种大口径 HDPE 管道材料前期结  ln 2  n / 1
t 2/1 =   （5）
晶曲线进行线性拟合，得到斜率 n 和纵截距 lnZ，再  Z 
根据公式（5）计算得到半结晶时间 t 1/2 ，结果见表 2。
表 2 三种大口径 HDPE 管道材料的半结晶时间
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从表 2 可以看出，1 、2 、3 材料的半结晶时间均随 -1
样品 降温速率 /(℃ . min ） t 1 /2 /min
着降温速率的增大而逐渐减小。降温速率由 5 ℃ /min 5 0.594
1# 10 0.454
增加至 20 ℃ /min，1 材料的半结晶时间由 0.594 min 20 0.348
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#
减小至 0.348 min，2 材料的半结晶时间由 0.73 min 5 0.730
2# 10 0.469
减小至 0.308 min，3 材料的半结晶时间由 0.763 min 20 0.308
#
5 0.763
减小至 0.4 min。降温速率增大，半结晶时间减小，这
3# 10 0.469
是因为降温速率大，温度降低迅速，有利于聚合物分 20 0.400
子链聚集成核，从而导致结晶加快，结晶时间缩短。
#
此外，降温速率同为 5 ℃ /min 时，1 材料的半结晶时 3 结论
间为 0.594 min，2# 材料的半结晶时间为 0.730 min， 利用差式扫描量热法（DSC）研究了三种不同
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3 材料的半结晶时间为 0.763 min，1 、2 、3 材料的 大口径 HDPE 管道混配料的非等温结晶过程，通过
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