李利娜，李菲，王國(guó)鋒，程杰，崔景強(qiáng)*

PP/HDPE/POE復(fù)合材料的制備及性能研究

李利娜1，李菲2，王國(guó)鋒2，程杰2，崔景強(qiáng)2*

（1. 河南駝人醫(yī)療器械集團(tuán)有限公司，河南 新鄉(xiāng) 453400；2. 河南省醫(yī)用高分子材料技術(shù)與應(yīng)用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河南 新鄉(xiāng) 453400）

采用熔融共混法制備PP/HDPE/POE復(fù)合材料，研究了HDPE和POE的加入對(duì)PP的流動(dòng)性能、力學(xué)性能、熱力學(xué)性能和流變性能的影響，確定了最優(yōu)三元共混體系。結(jié)果表明：在PP/HDPE體系中，隨著HDPE的增加，材料的流動(dòng)性能變好，斷裂伸長(zhǎng)率先增大后降低，添加量為5%時(shí)，力學(xué)性能最優(yōu)；在三元共混體系中，當(dāng)POE的添加量為15%時(shí)，材料的力學(xué)性能最優(yōu)，因此最優(yōu)體系為PP/5%HDPE/15%POE，當(dāng)POE繼續(xù)增多時(shí)，復(fù)合材料出現(xiàn)了宏觀相分離。

PP；HDPE；POE；力學(xué)性能；流變性能

聚丙烯具有衛(wèi)生無(wú)毒、易成型加工、能夠避免使用過(guò)程中的醫(yī)源性交叉感染等特點(diǎn)，因此廣泛應(yīng)用于一次性醫(yī)療器械，如一次性注射器、輸血管、輸液管等[1]。由于其存在韌性差、低溫脆性高等缺點(diǎn)，醫(yī)用聚丙烯在韌性要求高、低溫使用的醫(yī)用制品上的應(yīng)用受到了限制[2-3]。因此，為了適用醫(yī)用制品的低溫韌性要求，需對(duì)醫(yī)用聚丙烯進(jìn)行增韌改性的研究。

目前主要通過(guò)向PP中加入橡膠或彈性體進(jìn)行增韌改性，彈性體POE由于具有優(yōu)異的機(jī)械強(qiáng)度和高彈性[4-8]，且生產(chǎn)工藝成熟，因此常用于PP的增韌改性。僅加入橡膠或彈性體雖然可以提高PP的韌性，但是其拉伸強(qiáng)度會(huì)下降，同時(shí)橡膠、彈性體與基體之間較差的相容性又進(jìn)一步減弱了其增韌效果[9-10]。通過(guò)在二元共混體系中加入熱塑性塑料、剛性粒子等構(gòu)建三元共混體系能夠在提高PP韌性的同時(shí)，保證PP材料的剛性，提高分散相之間的相容性[11-14]。高密度聚乙烯具有耐酸堿、高強(qiáng)度和高耐磨性等優(yōu)點(diǎn)[15]，在二元共混體系中加入HDPE不僅能夠提高PP材料的剛性，而且可以改善共混體系的加工性能。陳延安[16]等研究發(fā)現(xiàn)采用HDPE/POE體系對(duì)PP進(jìn)行增韌改性的效果要優(yōu)于純POE體系的增韌效果。

本文通過(guò)加入HDPE和POE對(duì)PP進(jìn)行增韌改性，采用熔融共混法制備了PP/HDPE/POE復(fù)合材料，研究了不同添加量的HDPE和POE對(duì)PP的加工性能、力學(xué)性能、熱力學(xué)性能和流變性能的影響，確定了最優(yōu)三元共混體系，得到了滿足韌性要求的醫(yī)用復(fù)合材料。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 原料

PP，M800E，無(wú)規(guī)共聚，食品級(jí)，上海石油化工股份有限公司；HDPE，8008，食品級(jí)，獨(dú)山子石化；POE，DF640，食品級(jí)，三井化學(xué)株式會(huì)社。

1.2 儀器與設(shè)備

高速混合機(jī)，SHR-50A，張家港市科培達(dá)機(jī)械有限公司；雙螺桿擠出造粒機(jī)組，SASJ20，東莞市圣安塑料機(jī)械有限公司；注塑機(jī)，DRV4-55T，深圳市德潤(rùn)機(jī)械有限公司；熔體流速測(cè)試儀，GH-400，東莞市國(guó)泓儀器有限公司；萬(wàn)能試驗(yàn)拉伸機(jī)，EUT6502，深圳三思檢測(cè)技術(shù)有限公司；擺錘式?jīng)_擊試驗(yàn)機(jī)，XJCU5.5，承德市聚緣檢測(cè)設(shè)備制造有限公司；差示掃描量熱儀，DSC25，美國(guó)TA有限公司；旋轉(zhuǎn)流變儀，DHR-1，美國(guó)TA儀器有限公司。

1.3 復(fù)合材料制備

復(fù)合材料制備配方如表1所示。

表1 復(fù)合材料制備配方

按照表1配比將各組分在高混機(jī)中混合均勻，然后放于雙螺桿擠出造粒機(jī)中，熔融共混，造粒，得到復(fù)合材料。將得到的復(fù)合材料在80 ℃下烘4 h，然后在注塑機(jī)上制備標(biāo)準(zhǔn)力學(xué)樣條。

1.4 復(fù)合材料性能測(cè)試

流動(dòng)性能測(cè)試：熔體質(zhì)量流動(dòng)速率按照標(biāo)準(zhǔn)GB/T 3682.1—2018進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試溫度為230 ℃，負(fù)載為2.16 kg，取樣間隔均為10 s。

力學(xué)性能測(cè)試：拉伸性能按照GB/T 1040進(jìn)行測(cè)試，拉伸速度50 mm·min-1；缺口沖擊強(qiáng)度按照GB/T 1043進(jìn)行測(cè)試。

熱力學(xué)性能測(cè)試：采用差示掃描量熱分析儀測(cè)定材料的熱力學(xué)性能，測(cè)試條件為以10 ℃·min-1的速率升溫至205 ℃，保持4 min，再以10 ℃·min-1的速率降溫至25 ℃，保持4 min，最后再以10 ℃·min-1的速率升溫至205 ℃。

流變性能測(cè)試：采用平行板的方式對(duì)樣品進(jìn)行流變性能測(cè)試，在210 ℃、0.5%的應(yīng)變下進(jìn)行動(dòng)態(tài)頻率掃描，掃描頻率范圍為0.1～100 rad·s-1。

2 結(jié)果與討論

2.1 流動(dòng)性能及力學(xué)性能

不同添加量HDPE和POE對(duì)復(fù)合材料流動(dòng)性能及力學(xué)性能的影響如圖1所示。

從圖1（a）中可以看出，在PP/HDPE共混體系中，隨著HDPE的加入熔體流速逐漸增大，材料的流動(dòng)性能增強(qiáng)。這是由于HDPE的熔體黏度低于PP，流動(dòng)性好，HDPE的加入減少了PP分子鏈間的纏繞，分子間作用力降低。在三元共混體系中，POE的增加使材料的熔體流速逐漸減小，流動(dòng)性能變差。

從圖1（b）、圖1（c）和圖1（d）可以看出，在PP/HDPE共混體系中，隨著HDPE的增多，材料的拉伸強(qiáng)度和沖擊強(qiáng)度變化不大，斷裂伸長(zhǎng)率先增大后減小，當(dāng)HDPE的添加量為5%時(shí)，斷裂伸長(zhǎng)率最大。因此在三元共混體系中，將HDPE的添加量定為5%。隨著POE的增多，材料的拉伸強(qiáng)度逐漸降低，斷裂伸長(zhǎng)率先增大后減小，沖擊強(qiáng)度逐漸增大，當(dāng)POE的添加量為15%時(shí)，斷裂伸長(zhǎng)率最大。綜合HDPE和POE對(duì)復(fù)合材料流動(dòng)性能和力學(xué)性能的影響，最優(yōu)共混體系為PP/5%HDPE/15%POE。

2.2 熱力學(xué)性能

復(fù)合材料的DSC結(jié)晶參數(shù)如表2所示。從表2可以看出，POE的加入對(duì)復(fù)合材料的熔融溫度和結(jié)晶溫度影響不大，其結(jié)晶性能沒(méi)有太大變化。

表2 復(fù)合材料的DSC結(jié)晶參數(shù)

2.3 流變性能

復(fù)合材料的流變性能如圖2所示。

從圖2（a）和圖2（b）中可以看出，隨著POE的增多復(fù)合材料的儲(chǔ)能模量、損耗模量逐漸增大，這是由于POE自身的長(zhǎng)鏈結(jié)構(gòu)和PP/HDPE的鏈段纏結(jié)在一起，增大了分子鏈段運(yùn)動(dòng)時(shí)的阻力，因此儲(chǔ)能模量和損耗模量增大。分子鏈的纏結(jié)有助于材料斷裂伸長(zhǎng)率的提高，但是當(dāng)POE的添加量為20%時(shí)，材料的斷裂伸長(zhǎng)率開(kāi)始下降，此時(shí)復(fù)合材料出現(xiàn)了宏觀的相分離，圖2（c）和（b）中復(fù)合材料的Cole-Cole曲線和Han曲線印證了這一點(diǎn)，Cole-Cole曲線已經(jīng)偏離了圓弧形，Han曲線的斜率逐漸降低，呈現(xiàn)典型的非均相特性。

3 結(jié) 論

1）在PP/HDPE共混體系中，當(dāng)HDPE的添加量為5%時(shí)，復(fù)合材料的力學(xué)性能最優(yōu)。

2）在三元共混體系中，隨著POE的增多，復(fù)合材料的流動(dòng)性能變差，拉伸強(qiáng)度逐漸降低，沖擊強(qiáng)度逐漸增大，斷裂伸長(zhǎng)率先增大后降低，當(dāng)POE添加量為15%時(shí)，斷裂伸長(zhǎng)率最大，因此最優(yōu)共混體系為PP/5%HDPE/15%POE。

3）POE的增加導(dǎo)致分子鏈間的纏結(jié)程度逐漸增強(qiáng)，儲(chǔ)能模量和損耗模量隨之增加。當(dāng)POE的添加量高于20%時(shí)，復(fù)合材料出現(xiàn)了宏觀相分離。

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Preparation and Properties of PP/HDPE/POE Composites

1,2,2,2，2*

（1. Henan Tuoren Medical Instrument Group Co., Ltd., Xinxiang Henan 453400, China;2. Henan Key Laboratory of Medical Polymer Materials Technology and Application, Xinxiang Henan 453400, China）

PP/HDPE/POE composites were prepared by melt blending. The effects of the addition of HDPE and POE on the fluidity, mechanical properties, thermodynamic properties and rheological properties of PP were studied, and the optimal ternary blend system was determined. The results showed that in PP/HDPE system, with the increase of HDPE, the fluidity of the material became better, the tensile strength and the notch impact strength changed little, and the elongation at break first increased and then decreased. When the amount of HDPE was 5%, the mechanical properties were the best. In the ternary blend system, when the content of POE was 15%, the mechanical properties of the material were the best, so the optimal system was PP/5% HDPE/15% POE. When POE continued to increase, the composite appeared macroscopic phase separation.

PP; HDPE; POE; Mechanical properties; Rheological properties

2021-11-11

李利娜（1991-），女，河南省鄭州市人，碩士，2018年畢業(yè)于鄭州大學(xué)化學(xué)工藝專業(yè)，研究方向：高分子材料改性技術(shù)。

崔景強(qiáng)（1979-），男，高級(jí)工程師，博士，研究方向：高分子材料改性的研究與開(kāi)發(fā)。

TQ334.1

A

1004-0935（2022）06-0753-04