皇料高分子量聚丙烯改性通用聚丙烯研究2005年34卷第3期高分子量聚丙烯改性通用聚丙烯研究鄔潤(rùn)德,童筱莉,賴有根,謝新萍,姜超,李文杰(淅江工業(yè)大學(xué)化工材料學(xué)院,淅江,杭州310014)摘要:用高分子量聚丙烯(HWPP)分別與共聚PP、均聚PP、POE熔融共混制備出HWPP的無機(jī)填料復(fù)合物。結(jié)果表明,當(dāng)HWPP含量為20%時(shí),HWPP與均聚PP復(fù)合物的加工流動(dòng)性最好,通過共混可得到優(yōu)異的力學(xué)性能,而加入適量的滑石粉對(duì)該復(fù)合材料的加工性能有著明顯的改善;HWPP與共聚PP復(fù)合物在HWPP含量為20%時(shí),拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率在實(shí)驗(yàn)用量范圍內(nèi)最大,而其懸臂梁沖擊強(qiáng)度在HWPP含量為30%時(shí)達(dá)到最大;在POE含量由10%上升到20%時(shí),HWPP與POE的滑石粉填料復(fù)合物的懸臂梁沖擊強(qiáng)度提高了近1倍。關(guān)鍵詞:高分子量聚丙烯(HWPP);均聚丙烯;共聚丙烯;POE;復(fù)合材料;滑石粉中圖分類號(hào):TQ235.14文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1001-9456(2005)03-0065-03Conventional PP Modified with High Molecular Weight PPWU Run-de, TONG Xiao-li, LAI Yong-gen, XIE Xin-ping, JINANG Chao, LI Wen-jie(Zhejiang University of Technology, Chemical Engineering and Materials Institute, Hangzhou, Zhejiang 310014, China)Abstract: High molecular weight polypropylene (HWPP)was blended with homopolypropylene(ho-PP), copolypropylene(co-PP)and POE respectively. The results indicated when the content ofHWPP was 20%, HWPP/ho-pP composite possessed the best processing fluidness and excellentmechanical properties, furthermore when filled with proper amount of talc powder, the processingfluidness of this comopsite had obvious improvement. When the content of HWPP was 20%inHWPP/co-pp composite, the elongation at break and the tensile strength of the composite were thehighest, and its notched impact strength reached maximum value when HWPP content was 30%When the content of POe was raised from 10% to 20%, the notched impact strength of HWPP/POE/talc powder composite was raised nearly one time.Key words: high molecular weight polypropylene(HWPP); homopolypropylene: copolypropylenePOE; composite; talc powder聚丙烯(PP)的性能介于通用塑料及工程塑料之高分子量PP分子量很高,結(jié)晶度介于均聚PP與間,具有電氣性能好、機(jī)械強(qiáng)度高、密度小、耐熱性好等共聚PP之間,具有拉伸強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率較大等優(yōu)點(diǎn)。優(yōu)點(diǎn)因此被廣泛應(yīng)用于工業(yè)的各領(lǐng)域口。但是,PP但是高分子量PP熔體黏度高,難以加工,為發(fā)揮其優(yōu)在性能上也有一些不足,例如,低溫韌性差、尺寸收縮異的力學(xué)性能并改善其加工性能,可以用其改性普通率大、不耐老化、不易染色等。另外,由于其不親水、非PP。這里用北京燕山石化公司最近試產(chǎn)的HWPP分極性,因而不適合添加各種填充劑,因此限制了它的應(yīng)別與共聚PP、均聚PP、POE熔融共混制備出HWPP用范圍。所以PP的改性特別是在通用塑料工程化改性的聚丙烯無機(jī)埴料復(fù)合物,并考察它們的力學(xué)性和功能化方面,一直是人們研究的重點(diǎn)2能及中國(guó)煤化工CNMHG收稿日期:2004-12-17作者簡(jiǎn)介:鄔潤(rùn)德(1945-),男,浙江杭州人,教授65聖料2005年34卷第3期高分子量聚丙烯改性通用聚丙烯研究1實(shí)驗(yàn)部分臂梁沖擊強(qiáng)度最小,而在HWPP含量為20%時(shí)三者1.1原料的綜合性能均較好。又如圖2所示,隨著高分子量聚PP:揚(yáng)子石化,共聚,MⅠ為2.5g/10min丙烯含量的增加,復(fù)合物的熔體指數(shù)和彎曲模量均呈均聚M為3.5g/10min;現(xiàn)一定的下降趨勢(shì),在HWPP含量為20%時(shí),HWPP高分子量PP(HWPP):燕山石化,M為0.5g/10mn;的加工流動(dòng)性超過了純均聚PP的加工流動(dòng)性能。因POE:杭州海一高分子材料有限公司;此在以下的實(shí)驗(yàn)中考察HWPP含量為20%時(shí),不同滑石粉(Talc):杭州三達(dá)化學(xué)有限公iTac的用量對(duì)該體系的影響。1.2儀器設(shè)備GH-1000高速混合機(jī):北京塑料機(jī)械廠;TE35雙螺桿擠出機(jī):南京科亞公司;溫31SZ-160/80NB塑料成型注射機(jī):寧波塑料機(jī)械廠CMT5104微機(jī)控制電子萬能試驗(yàn)機(jī):深圳三思29計(jì)量技術(shù)有限公司;XJ-300A沖擊試驗(yàn)機(jī):吳忠材料實(shí)驗(yàn)有限公司;30XRZ100C熔體速率測(cè)試儀:吉林大學(xué)教科儀器廠P含量/%1.3實(shí)驗(yàn)內(nèi)容圖1HWPP含量對(duì)復(fù)合物沖擊強(qiáng)度和拉伸強(qiáng)度的影響1.3.1工藝過程◆一簡(jiǎn)支梁沖擊強(qiáng)度/(kJ/m2);一■一懸臂梁沖擊強(qiáng)度/(J/m);-▲一拉伸強(qiáng)度/MPa按照設(shè)定的配方稱料,然后加入到高速混合機(jī)上攪拌混合均勻,接著在雙螺桿擠出機(jī)中熔融擠出造粒,最后用塑料成型注射機(jī)注塑成試樣,待用。1.3.2力學(xué)性能測(cè)試根據(jù)GB1040-79中的方法,使用CMT5104微機(jī)租0.85合址控制電子萬能試驗(yàn)機(jī)測(cè)試試樣的拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率、彎曲模量等性能。使用XJ-300A沖擊試驗(yàn)機(jī)測(cè)試試樣的簡(jiǎn)支梁沖擊強(qiáng)度、懸臂梁沖擊強(qiáng)度。使用HwPP含量/%2HWPP含量對(duì)復(fù)合物彎曲強(qiáng)度和熔體指數(shù)的影響XRZ-100C熔體速率測(cè)試儀測(cè)試熔體指數(shù)。2結(jié)果與討論2.2滑石粉(Tal)的用量對(duì)高分子量PP與均聚PP復(fù)合物性能的影響2.1高分子量PP與均聚PP復(fù)合物的性能研究實(shí)驗(yàn)所用高分子量PP,熔體黏度高、結(jié)晶度小于某些無機(jī)填料具有片層結(jié)構(gòu),如滑石粉,它的加入均聚P有較好沖擊性能擬用其改進(jìn)均聚PP的脆會(huì)使普通PP樹脂與其有良好的界面接觸。因此在性。現(xiàn)以加入10%的普通滑石粉作為填充料,考察其該實(shí)驗(yàn)中考察普通滑石粉能否對(duì)HWPP與均聚PP復(fù)合物產(chǎn)生較好的填充效果。力學(xué)性能及黏度的變化如表1所示,隨著Talc含量的增加,復(fù)合物的簡(jiǎn)由圖1可見,復(fù)合物的簡(jiǎn)支梁沖擊強(qiáng)度和拉伸強(qiáng)支梁沖擊強(qiáng)度和懸臂梁沖擊強(qiáng)度均呈現(xiàn)明顯的下降趨度均在HWPP含量為40%時(shí)達(dá)到最大,但是此時(shí)懸表1Talc的用量對(duì)復(fù)合物性能的影響Ta含量/%簡(jiǎn)支梁沖擊強(qiáng)度/(kJ/m2)懸臂梁沖擊強(qiáng)度/(J/m)拉伸強(qiáng)度/MPa伸長(zhǎng)率/%彎曲模量/GPa熔體指數(shù)/(g/1min)51.2中國(guó)煤化工2.96032.51527.625.430CNMHG3.50421.830.450.941.830勢(shì);拉伸強(qiáng)度和彎曲模量沒有明顯變化;融體指數(shù)先增加而后減小;伸長(zhǎng)率明顯下降。這說明未經(jīng)表面處理皇料高分子量聚丙烯改性通用聚丙烯研究005年34卷第3期的Talc用量對(duì)HwPP與均聚PP復(fù)合物的韌性影響的結(jié)果,根據(jù)這一規(guī)律可將HWPP作共聚丙烯的增很大,加入適量的Talc對(duì)復(fù)合材料加工性能有著明顯強(qiáng)、增韌劑應(yīng)用;共混物的熔體指數(shù)隨HWPP含量增的改善加呈明顯下降的趨勢(shì),在HWPP含量20%時(shí)與共聚2.3高分子量PP與共聚PP復(fù)合物的性能研究PP(M為2.5g/10min)相差不多,在復(fù)合物中HWPP共聚PP結(jié)晶度和熔點(diǎn)低,溫度低于0℃時(shí)仍具有含量達(dá)40%~50%時(shí),熔體指數(shù)基本不變良好的沖擊強(qiáng)度,一20℃時(shí)才達(dá)到應(yīng)用極限,但其剛2.4性、硬度、耐蠕變性等比均聚物低10%~15%。而HWPP具有較高的強(qiáng)度和耐蠕變性能,兩者共混可以在一定程度上性能互補(bǔ)。由圖3~5可見,HWPP和共聚PP共混物的簡(jiǎn)支梁沖擊強(qiáng)度和懸臂梁沖擊強(qiáng)度分別在含量為40%和30%時(shí)達(dá)到最大,比HWPP和均聚PP共混物高出許多;拉伸強(qiáng)度及伸長(zhǎng)率均在HWPP含量為20%時(shí)達(dá)P含量/%到最大,比HWPP和均聚PP共混物高出10%以上。圖5HWPP含量對(duì)復(fù)合物彎曲強(qiáng)度和熔體指數(shù)的影響這是HWPP和共聚PP共混物在拉伸時(shí)易產(chǎn)生取向2.4高分子量PP與POE復(fù)合物的性能研究聚烯烴彈性體POE是一種飽和的乙烯辛烯共聚物,且具有較小的內(nèi)聚能、較高的剪切敏感性,其表觀剪切黏度對(duì)溫度的依賴與PP相似,所以在PP中的相60容性和分散性特別好,在PP基體內(nèi)分散相粒徑較小、粒徑分布較窄,這里考察了其對(duì)HWPP的增韌效果。由表2可知,POE對(duì)于HWPP的增韌效果完全符合增韌理論。隨著POE含量的增加,復(fù)合物的懸臂P含量圖3HWPP含量對(duì)復(fù)合物沖擊性能的影響梁沖擊強(qiáng)度明顯提高,并且在POE含量為20%時(shí)比10%用量時(shí)提高了近1倍,伸長(zhǎng)率提高明顯,簡(jiǎn)支梁沖擊強(qiáng)度卻有所下降,但下降幅度不大,拉伸強(qiáng)度和彎曲模量在POE含量低于15%時(shí)下降幅度很小,而當(dāng)POE含量進(jìn)一步增大時(shí),兩者均明顯下降。3結(jié)論1)當(dāng)HWPP含量為40%時(shí),HWPP與均聚PP復(fù)合物的拉伸強(qiáng)度與簡(jiǎn)支梁沖擊強(qiáng)度達(dá)到最大值,而HwP含量熔體指數(shù)在HWPP含量低于40%時(shí)下降的幅度不圖4HWPP含量對(duì)復(fù)合物拉伸強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率的影響表2POE的含量對(duì)HWPP/POE復(fù)合物性能的影響HWPP POE簡(jiǎn)支梁沖擊強(qiáng)度/(kJ/m2)懸臂梁沖擊強(qiáng)度/(/m)拉伸強(qiáng)度/Ma伸長(zhǎng)率/%彎曲模量/GPa熔體指數(shù)/(g/10min)90010043.97178.301.14853346.1.13780020038.68124.91750250中國(guó)煤化工0.95730.9212CNMHG2)普通滑石粉的用量對(duì)HWPP與均聚PP復(fù)合3)HwPP與共聚PP復(fù)合物在HWPP含量為物的韌性影響很大,但加入適量的普通滑石粉明顯地20%時(shí),拉伸強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率在實(shí)驗(yàn)用量范圍內(nèi)達(dá)到最改善了復(fù)合材料加工性能。(下轉(zhuǎn)64頁皇料2005年34卷第3期動(dòng)態(tài)硫化型PVC/PNBR熱塑性彈性體性能的研究合物的相容性就好,顯示出較好的補(bǔ)強(qiáng)效果。分界面間的應(yīng)力,填料與聚合物分子間的粘結(jié)作用較強(qiáng)。 n-CaCo3含量少時(shí)會(huì)阻止銀紋的發(fā)展,表現(xiàn)出較明顯的補(bǔ)強(qiáng)作用,含量較多時(shí),應(yīng)力點(diǎn)的增多使補(bǔ)強(qiáng)作420410用下降,導(dǎo)致材料的強(qiáng)度開始隨著填料的繼續(xù)加入而400下降153903結(jié)論填料的種類1)制得了性能優(yōu)異的彈性體。圖9填料對(duì)體系的力學(xué)性能影響2)硫化體系的選擇對(duì)提高體系的性能很重要口拉伸強(qiáng)度Pa■撕裂強(qiáng)度/(NVm)口伸長(zhǎng)率/A- n-CaCO3;B一滑石粉;C一高嶺土;D一白炭黑促進(jìn)劑與硫磺的質(zhì)量有一個(gè)較佳比率,一般在~7之間。下面是 nCaCo質(zhì)量對(duì)體系的影響,實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖104)增塑劑的質(zhì)量和聚合物聚合度對(duì)性能的影響非常大,可選用高聚合度的聚氯乙烯制備高強(qiáng)度的熱塑冒乙趙磷性彈性體,增塑劑的質(zhì)量在PVC的60%較好5)白炭黑對(duì)體系的補(bǔ)強(qiáng)作用非常明顯,并可顯著惠1改善制品的外觀參考文獻(xiàn):[1]張保衛(wèi),翟艷,孫錫龍,等HPVC/BR共混體系的性能研nCaO2的質(zhì)量/份究[J].工程塑料應(yīng)用,2003,31(6):19圖10 n-CaCo3的質(zhì)量對(duì)體系性能的影響[2]王慶海唐頌超,陸超,等.共混型PVC熱塑性彈性體的一◆一拉伸強(qiáng)度;一■一撕裂強(qiáng)度開發(fā)與應(yīng)用[J].上海塑料,2001,(3):6從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出, n-CaCO3對(duì)體系的補(bǔ)強(qiáng)作3]于清溪世界熱塑性彈性體發(fā)展現(xiàn)狀[合成橡膠工業(yè),用還是相當(dāng)明顯的,隨著填料質(zhì)量的增加,體系的力學(xué)2002,25(4):202強(qiáng)度呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)。這是因?yàn)?n-CaCO[4]王濟(jì)奎,戴干策動(dòng)態(tài)硫化制備NBR/PVC合金及其在汽無機(jī)粒子分散在連續(xù)的塑料相中,與塑料相間存在車上的應(yīng)用[J].工程塑料應(yīng)用1998,26(1):18.個(gè)分界面。在拉伸時(shí)界面處因應(yīng)力較集中發(fā)展成銀[5]袁茂全,潘祥江章長(zhǎng)明等增塑高聚合度聚氯乙烯的結(jié)構(gòu)與性能[J]中國(guó)塑料,2002,16(3):30紋,但 n-CaCO3經(jīng)過表面活化劑活化處理后,可減弱(本文編輯SXQ)(上接67頁)大,而懸臂梁沖擊強(qiáng)度在HWPP含量為30%時(shí)達(dá)到烷烴溶劑中聚合及性能初步表征[J].應(yīng)用化學(xué)2000,17最大,因此可將HWPP作共聚聚丙烯的增強(qiáng)、增韌劑(3):292-295應(yīng)用。[5] Ikeda, Yukiko, Ohta, et al. The influence of chain entanglement4)HWPP與POE的滑石粉填料復(fù)合物在POEdensity on the inverses in strength and modulus with ultra-含量由10%上升到20%時(shí),懸臂梁沖擊強(qiáng)度提高了近drawing of ultra-high-molecular weight polypropylene[j]Journal Article,2002,58(12):444-450.1倍。[6] Liang Y C, Isayev A L Self-reinforced polypropylene/LCP參考文獻(xiàn)prepregs and laminates[J]. Polymer Composites, 2002, 23[1]王洪國(guó),葉昕,徐忠興.齊魯聚丙烯樹脂現(xiàn)狀及發(fā)展前景[J].齊魯石油化工,2003,31(1):34-36[7] Fujiyama M, Inata H Melt fracture behavior of polypropylene-[2]張?jiān)雒窬郾└咝阅芑男约夹g(shù)的新進(jìn)展[J].塑料,中國(guó)煤化工 weight distribution;I2001,30(3):23-28CNMH Gnal of Applied Polymer,[3]孟季茹,梁國(guó)正,趙磊,等.聚丙烯增韌改性研究的最新進(jìn)2002,84(12):2111-2119展[J].塑料科技,2000,14(1):41-49(本文編輯SXQ)[4]姜杰,謝本恒,任青,等,合成高分子量無規(guī)聚丙烯—在方數(shù)據(jù)