耐候性PP的研制

2002年3月

中　国　塑　料

CHINAPLASTICS

Vol.16,No.3Mar.,2002

耐候性PP的研制

刘保成,刘法谦,陈桂兰,胡海青,李荣勋,刘光烨

(青岛化工学院新材料重点实验室,山东青岛266042)

摘　要:以聚烯烃弹性体(POE)为增韧材料、DICPK为结晶成核剂、BaSO4为无机填充剂,研制了耐候改性PP专用料。结果表明,当POE用量为5份、DICPK用量为013份、BaSO4用量为30份时,所得专用料能够满足耐候改性PP专用料的性能要求。

关　键　词:聚丙烯;耐候性;改性;增韧

中图分类号:TQ32511+4　　文献标识码:B　　文章编号:1001Ο9278(2002)03Ο0022Ο04

　　PP由于合成方法简单、原料来源丰富、价格低廉、有良好的物理力学性能及加工性能,从而成为塑料产量增长最快的品种之一,其产量在五大通用塑料中占第一位。近年来,PP材料越来越多地被应用到家电制造中。但耐候PP改性料(如空调器主机外壳用的专用料)主要依赖进口,因此,研制这种高性能的耐候PP专用料,具有很大的市场前景。

本文以齐鲁石油化工公司产EPF30R为基体树脂,聚烯烃弹性体(POE)为增韧剂,DICPK为成核剂,以及无机刚性粒子BaSO4为填充剂研制耐候改性PP。结果表明,改性后的PP完全符合耐候改性PP专用料的性能要求,达到耐候改性PP专用料标准。

验机厂;

偏光显微镜,XPT-7型,江南光学仪器厂。113　试样的测试

试样测试方法与条件见表1。

表1　试样制备方法与条件

Tab.1　Samplepreparationwaysandconditions

性　　能

拉伸强度/MPa弯曲强度/MPa弯曲模量/MPa洛氏硬度(R级)

Izod冲击强度/J・m-1

维卡软化点/℃

(10min)熔体流动速率/g・热变形温度/℃

-1

实验条件23℃,10mm/min23℃,2mm/min23℃,2mm/min

23℃23℃50℃/h230℃,2.16kg

50℃/h实验标准

GB/T112—1996GB/T119—1996GB/T112—1996GB/T2411—80GB/T120—1996GB1633—79GB3682—83GB1634—79

1　实验

111　原料

PP,EPF30R,齐鲁石油化工公司;POE,美国DOW化学公司;DICPK,日本大油墨公司;BaSO4,粒径5μm,市售。112　仪器设备

2　结果与讨论

211　POE对PP性能的影响

POE是一种乙烯、辛烯共聚物,对塑料具有良好的

熔体流动速率仪,SR,长春第二材料试验机厂;注射成型机,680g,震雄集团;

电子万能拉力机,WDS-10,济南试验机厂;洛氏硬度计,XHR-150,上海材料试验机厂;悬臂梁冲击试验机,XCJ-40J,河北承德试验机厂;

简支梁冲击试验机,XJJU-50,河北承德试验机厂;

维卡软化点温度测定仪,XRW-300,河北承德试

收稿日期:2001Ο11Ο26

增韧效果。结果表明,在EPF30R中添加少量的POE

就可以显著提高材料的冲击强度。POE用量对EPF30R的性能影响如图1所示。

从图1可见,POE的加入对共混物力学性能有较大的影响。随POE加入量的增加,简支梁冲击强度、悬臂梁冲击强度、断裂伸长率都有不同程度的上升,弯曲强度、弯曲模量、硬度、拉伸强度均有所下降,热变形温度基本保持不变。

POE具有非常窄的相对分子质量分布和一定的结晶度。其结构中结晶的乙烯链节作为物理交联点承受载荷,非晶态的乙烯和辛烯长链贡献弹性,而且原位聚合可对POE实行结构、性能的控制。POE为颗粒状,且具有较小的内聚能,较高的剪切敏感性,其表观切变粘度对温度的依赖与PP相近,所以对PP增韧效果显

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过,还可以阻滞、转向并终止小裂纹的发展,使之不致发展成破坏性裂纹,产生在PP相中的银纹可以穿过小于其宽度的POE大粒子而生长。生长的银纹遇到POE大粒子时成许多方向各异的小银纹,即银纹

可在POE粒子表面支化,银纹的和支化能控制银纹的发展,阻止大银纹变成有破坏性的大裂纹和大裂缝。同时,银纹的增长随着空化空间的发展,阻止了基体内部裂纹的产生,延缓了材料的破坏,从而达到提高PP冲击韧性的目的[2]。

POE的加入,还细化了PP球晶,PP球晶的小大直

接影响高聚物的力学性能,球晶越小,PP材料的冲击强度越大,因此POE的加入有利于提高材料的抗冲性能。同时,结晶也是PP材料高强度、高模量的重要因素,因此,POE对结晶的破坏,也必然导致共混物拉伸强度、弯曲强度、弯曲模量、硬度的下降,相应伸长率则会增加。POE的流动性较差,与PP共混其长链常会与PP分子链发生缠结,从而导致材料流动性变差。POE

适宜用量为5～10份。212　成核剂对PP性能的影响

一般认为β,晶型PP具有独特的增韧效果,添加β

晶型成核剂是目前公认的得到高含量β晶型PP的最有效途径之一。本文以DICPK作为β晶型成核剂,研究其对PP的增韧作用。当PP为100份、POE为10份时,DICPK用量对EPF30R性能的影响见图2。

从图2可以看出,随成核剂DICPK的增加,简支梁冲击强度和悬臂梁冲击强度都呈现上升的趋势。在DICPK用量为013～014份时达到最大,之后呈下降趋

势。随着DICPK用量增大呈上升趋势的还有拉伸强度、伸长率、弯曲模量和弯曲强度,而硬度、熔体流动速率以及热变形温度则变化不大。

成核剂对强度和韧性都有不同程度的促进作用,所不同的是表现韧性的冲击强度存在一个峰值,而拉伸强度、弯曲强度一直呈上升趋势。弯曲模量和弯曲强度在用量超过014份后基本保持不变,这一现象与有些报道[3]略有不同,该报道认为成核剂用量增大,拉伸强度先下降再上升,其中的不同可能与β晶型成核β晶型成核剂有利于β晶型的形成,而β剂种类有关。

晶型与α晶型相比,易于拉伸,具有较高的热变形温度,特别是韧性得到大幅度提高,因此材料的韧性也得到了提高。成核剂加入还有利于球晶的细化,球晶细化的直接结果是结晶粒度分布更均匀,更微细,这不仅为提高韧性创造了条件,也消除了拉伸过程中由于晶粒分布不均匀而导致的应力集中。因此,拉伸强度、弯曲强度等均呈现上升趋势。DICPK的最佳用量为013～014份。

图1　POE用量对共混物性能的影响

Fig.1　EffectofPOEcontentsonpropertiesoftheblendings

著。POE在PP中呈两相结构,POE为分散相,PP为

连续相[1],在受到外力作用时,银纹、裂纹和裂缝首先产生在PP连续相中,处于PP裂纹和裂缝上的POE粒子先是充当应力集中的中心,诱发大量银纹和剪切带的产生,从而吸收大量的能量,阻止裂纹和裂缝的穿

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　　・24・耐候性PP的研制　

强填充剂。当POE用量为10份、DICPK为013份时,BaSO4对PP复合材料的性能影响如图3所示。

图2　DICPK用量对共混物性能的影响

Fig.2　EffectofDICPKcontentsonpropertiesoftheblending

213　无机刚性粒子增强、增韧PP

加入无机刚性粒子,主要目的是提高材料的弯曲模量和弯曲强度。此前有许多人对无机刚性粒子增韧PP作过研究,认为超微无机粒子能起到增强、增韧的双重效应。本实验选用粒径为5μm的BaSO4作为增

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图3　BaSO4用量对共混物性能的影响

Fig.3　EffectofBaSO4contentonproperties

oftheblending

　2002年3月中　国　塑　料

表2　改性EPF30R力学性能与耐候改性PP

专用料的性能要求比较

　・25・　

从图3可以看出,BaSO4的加入,有利于材料的刚性增加,这从复合材料硬度和热变形温度的变化趋势可以看出。BaSO4加入越多,硬度越高,热变形温度也相应上升。另外,刚性的增加也导致了弯曲强度和弯曲模量上升。拉伸强度先随BaSO4用量的增加呈上升趋势,当BaSO4用量为20份时达到最大值,之后拉伸强度又开始下降;材料的冲击性能则是先下降到一定程度后开始上升;而伸长率则随BaSO4用量的增加而减小;BaSO4对PP复合材料的熔体流动速度影响不大,这说明BaSO4对材料密度的影响稍大于或等于其对粘度的影响,因此熔体流动速率保持不变。

BaSO4在PP复合材料中,其微细的粒子能够起到

Tab.2　Specificationcomparisonbetweenmodified

EPF30RandweatherproofPP

项　　目

硬度(洛氏)拉伸强度/MPa伸长率/%

简支梁冲击强度/kJ・m-2悬臂梁冲击强度/J・m-1弯曲模量/MPa弯曲强度/MPa

(10min)熔体流动速率/g・

热变形温度/℃

改性EPF30R

992617526061548212118818351751114512910

耐候改性PP专用料

-≥25≥35≥515≥80≥1100≥358～12≥110

-1

物理交联点的作用,材料在受到外力作用时,这些物理

连接点可起到分散作用力的作用[4],而且破坏这些物理连接点也必然耗散一部分能量,这必然导致材料拉伸强度、弯曲模量、弯曲强度、硬度上升,伸长率下降。当BaSO4用量达到一定程度,BaSO4粒子在PP树脂中发生团聚,造成分散不均匀,导致复合材料的性能下降。而冲击强度由于材料硬度提高,刚性增加,也表现为下降状态。由于附着在BaSO4表面,POE的相对用量比实际用量要大,能够有效增韧PP,从而使得复合材料的冲击性能又开始上升。BaSO4适宜用量为20～40份。

214　PP复合材料与耐候专用料性能对比

上述实验可确定用于耐候改性PP专用料的基本配方为:EPF30R,100份;POE,5份;DICPK,013份;BaSO4,30份。

其基本物理性能与耐候改性PP专用料性能要求的对比见表2。

从表2可以看出,改性PP的性能已经能够满足该专用料的性能要求。

3　结论

(1)POE对EPF30R增韧效果明显,5～10份即能

满足应用时冲击性能的要求。

(2)成核剂DICPK成核作用显著,当用量为013份时,对EPF30R的增韧作用最明显。

(3)粒径小的无机刚性粒子能够同时起到增强和增韧的效果,BaSO4用量为30份时,综合性能最佳。

(4)本实验研制的耐候专用料性能指标完全满足PP专用料的要求。

参考文献:

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现代塑料加工应用,1998,10(5):44～48.

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代塑料加工应用,2000,12(6):11～13.

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能研究[J].现代塑料加工应用,2000,12(5):4～6.

PreparationofWeatherproofPP

LIUBao2cheng,LIUFa2qian,CHENGui2lan,HUHai2qing,

LIRong2xun,LIUGuang2ye

(KeyLabofNewMaterialinQDICT,Shandong266042,China)

Abstract:Weatherproofpolypropylene(PP)toughenedbypolyolefinelastomer(POE)waspreparedwithDICPKascrystallizationnucleatingagentandBaSO4asinorganicadditives.ThemodifiedPPhasbetterpropertiescomparedwiththoseofconventionalweatherproofPPwith5percentPOE,0.3～0.4percentDICPKand30percentBaSO4.Keywords:polypropylene;weatherproof;modification;toughening

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