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【摘要】采用广义开尔文模型对温度作用后的聚丙烯（pp )打包带的流变特性进行了研究。研究 结果表明：广义开尔文模型可以用于模拟温度作用后pp打包带的短期蠕变行为；在同一应力水 平下，瞬时弹性变形系数、延时弹性变形系数和粘性系数均随着作用温度的增加而下降，在同一 温度作用后，瞬时弹性变形系数、延时弹性变形系数和粘性系数均随着应力水平上升而下降；随 着作用温度的增加，pp打包带蠕变变形虽加大，但剩余拉伸强度也随之加大。
【关键词】聚丙烯打包带；广义开尔文模型；流变特性；蠕变
1引言
聚丙烯（pp)打包带作为高分子材料，具有典 型的流变特性;在作为捆扎材料时受到持续应力的作 用，不可避免地产生蠕变变形，导致捆扎稳定性丧失， 造成产品包装松散[1]。目前，对其主要原料聚丙烯塑 料的流变性能研究较多，主要集中在模型、温度、应 力、老化等方面[2-7]；研究参数主要集中在蠕变柔量 和变形等方面，但对高分子粘弹性参数尚未能进行详 细研究。在包装行业中，pp打包带往往在保存、运 输时经历不同环境，其经历环境变化后的流变性能如 何变化的相关研究并不多见。考虑到高分子材料的流 变性能与温度密切相关，本文初步尝试采用描述聚合 物流变行为的广义开尔文模型来研究温度作用后pp 打包带的流变性能，该模型不同于简单的数学回归，
它可对pp打包带流变性能进行分析，可为今后深入 研究pp打包带在不同使用环境下的流变性能研究打 下理论基础。本文中拟采用60mm的短期蠕变方案， 获取温度作用后PP打包带流变参数，以通过短期蠕 变性能来预测其长期蠕变性能。
2试验材料及方法
试验材料：聚丙烯（PP)打包带，材质为拉丝级 树脂。
试验方法：试样经三种温度作用，分别是室温 (20°C)、60。。，-40°C。试样分别在 60。。和-40。。环 境下放置24h,取出后再置于室温下24h。温度作用后， 进行60min的拉伸蠕变试验。应力水平分别为拉伸强 度的30%、50%、70%，拉伸强度参照GB 13022-91 标准进行，其中试样为IV型（长条型)。试样尺寸为
150mm (长）xl2.13mm (宽）x0.98mm (厚)。
试验条件：环境温度为2022°C，相对湿度为 40%65%之间。
试验仪器：新三思CMT5吨智能力学试验机； DHG-9070A型电热恒温鼓风干燥箱；DW-FL2000A
中科美菱超低温冷冻电冰箱
3结果与分析
3.1模型选用
从试验结果可以看出，不同温度作用后的PP打 包带试件在不同应力下有瞬弹变形，则流变模型应有
弹性元件;蠕变曲线反应了应变随时间增加而增大的 关系，则模型应有粘性元件；在加载应力小于长期强 度，经过一段时间后，应变趋于稳定值，即不发生加 速蠕变破坏的情况。综上所述，采用广义开尔文 (Kelvin)模型来分析不同应力水平下的蠕变试验结 果，开尔文模型示意图见图1[8]。广义开尔文模型最 基本为三单元模型、此外还有扩展形式的五单元或七 单元模型；通常情况下，三单元模型参数少，但拟合 精度差；七单元模型参数多，拟合不易；因此本文选 取五单元的广义开尔文模型拟合试验参数。
Ede
r-AAAn r-AAy-n
图i广义开尔文流变模型 Fig.1 Generalised Kelvin model
Edl
Ee
五单元的广义开尔文模型本构方程为： e =--1--(1 - e Vl ) H--(1 - e Vl ) (1)
Ee Ed1 Ed 2
式中：Ee—瞬时弹性变形系数，—延时弹性 变形系数1，N/mm； —延时弹性变形系数2，ni
一粘性系数1，的一粘性系数2，N-min/mm； e—变 形，mm； a一加载应力，MPa； t—加载时间，min。
在拉伸实验中，上式可以转化为下面形式的方 程，它所依从的数学关系是从广义开尔文模型导出来 的，式（2)中各参数能够反映流变模型中的粘弹性 特点：
Y (t) = A + B[1 — exp (-Ct)] + D[1 — exp (-Et) (2)
式中：Y (t)为随时间变化拉伸变形的数学函 数•’ A=o/Ee； B=a/Edi； C=Edi/ni； D=a/E^2； E=Ed/n2 为待定系数，t为蠕变时间。参数A反映弹性变形， 参数B、C、D和E反映粘弹性变形。
3.2模型拟合
模型初步确定后,可根据最小二乘原理,按高斯-牛顿法进行曲线的非线性拟合,本文应用Ongm7.0软 件进行计算机非线性拟合。各参数大小具体见数据拟 合图2-4。
图2 PP打包带30%应力水平下数据拟合图 Fig.2 Fitted data of 30% stress level of PP packaging belt
