趙金月

（上海金發(fā)科技發(fā)展有限公司，上海 201714）

POE改性高熔指聚丙烯性能研究

趙金月

（上海金發(fā)科技發(fā)展有限公司，上海 201714）

采用聚烯烴彈性體（POE）對(duì)高熔指聚丙烯（PP）進(jìn)行共混改性，研究了彈性體POE的含量對(duì)高熔指PP的力學(xué)性能、流動(dòng)性和成型收縮率的影響規(guī)律。結(jié)果表明：隨著彈性體POE含量的增加，共混材料的懸臂梁缺口沖擊強(qiáng)度增大，斷裂拉伸應(yīng)變?cè)龃螅瑥澢鷱?qiáng)度、彎曲模量降低，拉伸強(qiáng)度降低，流動(dòng)性變差，收縮率減小。

POE；PP；高熔指；共混改性

聚丙烯（PP）材料具有質(zhì)輕、剛性優(yōu)良、熱學(xué)性能好等優(yōu)點(diǎn)[1-2]，但PP材料有明顯的脆性，使其在實(shí)際應(yīng)用中受到限制，可以通過與彈性體共混來改善PP材料的脆性。聚烯烴彈性體（POE）比三元乙丙橡膠、乙丙橡膠、苯乙烯類熱塑性彈性體等材料在成型、性價(jià)比等方面更具優(yōu)勢(shì)，特別是對(duì)PP的增韌改性，效果最為顯著[3]。POE具有以下一些特點(diǎn)[4-5]：1）共聚物序列分布均勻，具有很窄的分子量分布和較低的結(jié)晶度，與聚烯烴相容性好。2）沒有不飽和雙鍵，具有更高的熱穩(wěn)定性、耐候性。用于增韌高流動(dòng)性PP時(shí)，也可以很好地保證材料的韌性，這樣避免了以前增韌劑在改性高流動(dòng)性材料時(shí)，會(huì)降低體系韌性[6]。PP材料本身在注塑成型時(shí)的離模收縮率偏大，通過增韌改性也可以起到一定程度的改善效果。

本文就彈性體POE改性高熔指PP進(jìn)行了研究，考察了POE含量對(duì)改性高熔指PP的力學(xué)性能、流動(dòng)性能和成型收縮率的影響。

1　實(shí)驗(yàn)

1.1主要原料及儀器設(shè)備

共聚PP，MFR＞100g/10 min，燕山石化；POE1，MFR＝(3～4.2)g/10 min，日本三井；POE2，MFR＝(4～6)g/10 min，陶氏化學(xué)；POE3，MFR＝(4～6)g/10 min，韓國LG；滑石粉，廣西桂林。雙螺桿擠出機(jī)，XH-20，東莞錫華檢測(cè)儀器有限公司；注塑機(jī)，470C型，阿博格機(jī)械貿(mào)易（上海）有限公司。

1.2樣品制備

稱量不同含量的POE加入到配方體系中，用雙螺桿擠出機(jī)擠出造粒，烘干后，制備測(cè)試所需的樣條（ISO標(biāo)準(zhǔn)），進(jìn)行測(cè)試，記錄結(jié)果并分析。

1.3測(cè)試和表征

拉伸性能測(cè)試：按ISO 527-1:2012[7]標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試，拉伸速度50 mm/min，試驗(yàn)溫度23℃，測(cè)量拉伸強(qiáng)度和斷裂拉伸應(yīng)變。

懸臂梁缺口沖擊測(cè)試：按ISO 180:2000[8]標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試，試驗(yàn)溫度23℃，測(cè)量懸臂梁缺口沖擊強(qiáng)度。

彎曲試驗(yàn)：按ISO 178:2010[9]標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試，試驗(yàn)速度2 mm/min，試驗(yàn)溫度23℃，測(cè)量彎曲模量和彎曲強(qiáng)度。

收縮率測(cè)試：按ISO 294-4:2001[10]標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試，90℃，烘干30 min，測(cè)量成型收縮率。

熔體流動(dòng)速率測(cè)試：按ISO 1133-1:2011[11]標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試，測(cè)試溫度230℃，負(fù)荷2.16 kg，試驗(yàn)中，通過連續(xù)切取5個(gè)無氣泡的樣條，代入下式求平均值。

熔體流動(dòng)速率（MFR）按式（1）求出。

式中：W為5個(gè)切取樣條重量的算術(shù)平均值，g；t為每切割樣條時(shí)間間隔，s。

2　結(jié)果與討論

2.1POE含量對(duì)材料力學(xué)性能的影響

2.1.1 POE含量對(duì)材料沖擊強(qiáng)度的影響

POE含量對(duì)PP/POE共混改性材料懸臂梁缺口沖擊強(qiáng)度的影響如圖1所示，PP改性材料的懸臂梁缺口沖擊強(qiáng)度隨POE含量增加而增大。這是POE作為分散相分布在PP連續(xù)相中，形成“海―島”結(jié)構(gòu)，當(dāng)受到外力作用時(shí)，彈性體作為應(yīng)力集中物，誘發(fā)銀紋和剪切帶，吸收大量的能量，從而使共混物的沖擊強(qiáng)度提高[12]。當(dāng)POE含量大于10%之后，隨著POE含量的增加，各組缺口沖擊強(qiáng)度顯著增加。另外應(yīng)該注意到，在POE的含量小于15%時(shí)，沖擊強(qiáng)度提高不顯著，這是由于所用的是高流動(dòng)性的基體樹脂，不同于普通PP在POE含量較低時(shí)就能起到很好的增韌效果。

圖1　POE含量對(duì)懸臂梁缺口沖擊強(qiáng)度的影響

2.1.2 POE含量對(duì)材料彎曲性能的影響

POE的含量對(duì)PP/POE共混改性材料的彎曲模量和彎曲強(qiáng)度的影響如圖2和圖3所示。

圖2　POE含量對(duì)彎曲模量的影響

圖3　POE含量對(duì)彎曲強(qiáng)度的影響

由圖2、圖3可知，當(dāng)POE的含量增加時(shí)，共混改性材料的彎曲模量和彎曲強(qiáng)度大幅度下降，這是因?yàn)閺椥泽wPOE自身的強(qiáng)度比較低，給共混改性材料帶來的影響。這一現(xiàn)象是彈性體增韌普遍存在的問題，因此做為工程材料應(yīng)用時(shí)必須充分考慮改性材料剛性和韌性的平衡。

2.1.3 POE含量對(duì)材料拉伸性能的影響

圖4和圖5是不同的POE含量對(duì)PP/POE共混改性材料的拉伸強(qiáng)度和斷裂拉伸應(yīng)變的影響。隨著POE含量增加，共混改性材料的拉伸強(qiáng)度減小，非結(jié)晶的POE與結(jié)晶PP共混后，破壞了結(jié)晶PP的分子排列，使共混改性材料的結(jié)晶度變小，導(dǎo)致拉伸強(qiáng)度減小[13]；共混改性材料的斷裂拉伸應(yīng)變隨著POE含量的增加而增大，是因?yàn)閺椥泽wPOE的模量比較低，韌性好，更容易發(fā)生形變，使斷裂拉伸應(yīng)變?cè)龃蟆?/p>

圖4　POE含量對(duì)拉伸強(qiáng)度的影響

圖5　POE含量對(duì)斷裂拉伸應(yīng)變的影響

2.2POE含量對(duì)材料流動(dòng)性的影響

圖6是POE含量對(duì)PP/POE共混改性材料熔體質(zhì)量流動(dòng)速率的影響，共混改性材料的熔體質(zhì)量流動(dòng)速率（MFR）隨著彈性體POE含量的增加逐漸降低，高熔指PP中加入熔體流動(dòng)速率只有約（3～6）g/10 min的POE，大大增加了共混體系的內(nèi)摩擦，從而使得共混體系的熔體流動(dòng)性降低。但所選用的高熔指PP自身的流動(dòng)性很好，即使POE含量大于20份，MFR值仍大于25g/10 min，依舊可以滿足注塑要求。

圖6　POE含量對(duì)熔體質(zhì)量流動(dòng)速率的影響

2.3POE含量對(duì)材料成型收縮率的影響

POE含量對(duì)PP/POE共混改性材料收縮率的影響如圖7所示?？梢钥闯觯M改性材料的收縮率都不大于1%，而且隨著POE添加量的增加，改性PP材料的收縮率明顯減小，變化趨勢(shì)大致呈線性關(guān)系。產(chǎn)生這種現(xiàn)象的主要原因是POE/PP共混改性材料相容性好，POE在共混體系中作為分散相，降低體系的規(guī)整度使PP的結(jié)晶度變小，從而使收縮率減小。

圖7　POE含量對(duì)材料收縮率的影響

3　結(jié)論

制備PP/POE共混改性聚丙烯，對(duì)其力學(xué)性能、流動(dòng)性和成型收縮率進(jìn)行了測(cè)試，通過以上研究，可得出結(jié)論：1）PP/POE共混改性材料的懸臂梁缺口沖擊強(qiáng)度隨著POE含量的增加而增大，POE含量為25%時(shí)的缺口沖擊強(qiáng)度比POE含量為5%時(shí)提高了10倍以上。但POE的含量小于15%時(shí)，改性材料的缺口沖擊強(qiáng)度提高不顯著，這與所選PP基體的高流動(dòng)性有關(guān)。2）PP/POE共混改性材料的彎曲模量、彎曲強(qiáng)度隨著POE含量的增加呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。POE的含量為20%的改性材料比POE的含量為10%的改性材料彎曲模量下降了25%左右，彎曲強(qiáng)度下降了20%左右。3）PP/POE共混改性材料的拉伸強(qiáng)度隨著POE含量的增加而減小，斷裂拉伸應(yīng)變逐漸增大，并且對(duì)改性材料斷裂拉伸應(yīng)變的影響程度隨POE含量的增加而增加。4）PP/POE共混改性材料的MFR值隨著POE含量的增加逐漸降低。但所選用的高熔指PP自身的流動(dòng)性很好，即使POE含量為20%時(shí)，MFR值仍大于25g/10 min。5）PP/POE共混改性材料的收縮率隨著POE含量的增加明顯減小，說明對(duì)改性材料的成型加工性帶來的波動(dòng)減小，利于成型加工的穩(wěn)定性。

[1] 趙敏, 高俊剛, 鄧奎林, 等. 改性聚丙烯新材料[M]. 北京: 化學(xué)工業(yè)出版社, 2002.

[2] 范吉昌, 李瑩瑩. 聚丙烯增韌改性研究[J]. 現(xiàn)代塑料加工應(yīng)用, 2006, 18(4): 8-10.

[3] 祝景云, 杜建強(qiáng), 趙和英. POE改性PP性能研究[J]. 合成樹脂及塑料, 2007, 24(1): 14-17.

[4] 夏琳, 孫阿彬, 邱桂學(xué), 等. POE的性能及其在聚丙烯共混改性中的應(yīng)用[J]. 彈性體, 2006, 16(3): 65-68.

[5] 劉西文, 紀(jì)立君, 王重. PP/共聚PP/POE共混體系的研究[J]. 塑料工業(yè), 2008, 36(1): 29-31.

[6] 夏琳, 邱桂學(xué), 吳波震. POE的性能及其在聚丙烯中的應(yīng)用[J]. 上海塑料, 2007, 01: 33-36.

[7] ISO 527-1, Plastic-Determination of tensile properties-Part 1:general principles[S]. Switzerland: ISO copyright office, 2012.

[8] ISO 180, Plastic-Determination of Izod impact strength[S]. Switzerland: ISO copyright office, 2000.

[9] ISO 178, Plastic-Determination of flexural properties[S]. Switzerland: ISO copyright office, 2010.

[10] ISO 294-4, Plastics-Injection moulding of test specimens of thermoplastic materials-Part 4: Determination of moulding shrinkage[S]. Switzerland: ISO copyright office, 2001.

[11] ISO 1133-1, Plastics- Determination of the melt mass-flow rate (MFR) and melt volume-flow rate (MVR) of thermoplastic-Part 1: Standard method[S]. Switzerland: ISO copyright office, 2011.

[12] 白玉光, 關(guān)穎, 李樹豐. 新型彈性體POE及其應(yīng)用技術(shù)進(jìn)展[J]. 彈性體, 2011, 21(2): 85-90.

[13] 沈岳新, 謝邦互, 龔關(guān), 等. PP/POE共混物的形態(tài)和性能的研究[J]. 塑料工業(yè), 2005, 33(2): 39-41.

Study on POE Modified High MFR Polypropylene Properties

ZHAO Jin-yue
（Kingfa Science & Technology Co., Ltd., Shanghai 201714, China）

High MFR polypropylene (PP) was modified by polyolefin elastomer (POE). The mechanical properties, flow properties and molding shrinkage of the PP blends were investigated. The results showed that with the increase of POE content the izod impact strength, elongation rate at break of the blends exhibit increasing trend, while the flexural strength, flexural modulus, tensile strength, low properties and molding shrinkage decrease.

POE; PP; high MFR; blending modification

TQ325

A

2015-12-07

趙金月（1989～），女，河北唐山人，本科，助理工程師；主要從事改性塑料的測(cè)試分析工作。zhaojinyu1223@163.com