热处理对聚丙烯力学性能及结晶结构的影响
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限公司 ; 微机控制电子万能试验机 (WDW - 10C) ,上海华龙
测试仪器公司 ; 液晶式摆锤冲击试验机 ( ZBC - 4B ) ,深圳市新三思计
量技术有限公司 ; 电热鼓风干燥箱 ( 101 - 3 型 ) ,天津市泰斯特仪器有
限公司 ; DSC (差示扫描量热仪 ) (Q10) ,美国 TA 公司 ; X射线衍射仪 (WAXD) (D /MAX2200) ,日本理学公司。
3 基金项目 :国家 863计划项目 (2003AA32X230)资助和贵州省自然科学基金项目 (黔科合计 2004 ( 3045)号 ) 资助 ,贵州大学研究生教 育创新基金项目 ( gzdxyjscxjjclxy200601) 。
作者简介 :杨红军 (1977—) ,男 ,贵州大学硕士研究生 ,主要研究方向 :聚合物共混改性 。 伍玉娇 (1959—) ,女 ,教授 ,主要研究方向 :聚合物共混改性 。
处的 α衍射峰增强 。 PP经过热处理 ,其结晶形态由 α、β 晶型两相共存向 α晶型转变 。
为考察热处理对试样结晶形态的影响 ,对样条进行热 处理前后的 DSC 测试 ,测试结果如表 3所示 。
表 3 PP进行热处理前后的 D SC测试数据
Tm / ℃
△H / ( J / g)
未热处理 (室温 )
Effect of Hea t Trea tm en t on the M echan ica l Property and the Crysta lline Structure of PP YANG Hong2jun, W U Y u2jiao, GUO J ian 2b ing, ZHANG M in2m in, ZHU Hong, L IAO Y ong2ling, FU Hong2e
表 2 热处理时间对 PP力学性能的影响
未处理 热处理时间 /m in (室温 ) 5
10 20 40 60
拉伸强度 /MPa 弯曲强度 /MPa 室温缺口冲击强 度 / ( kJ /m2 )
31. 8 32. 4 32. 9 33 33. 2 33. 8 37. 0 37. 0 37. 5 37. 8 37. 5 39. 7
ZLL 图 1为 PP热处理的 WAXD 图 。由图 1 ( a)可见 , 当 PP未进行热处理时 ,纯 PP在 X衍射谱图上的 14. 2°、 17. l°、18. 6°、21. 2°和 21. 9°处呈现 5个尖锐的衍射峰 ,分 别对应于 α晶型的 (110)、(040)、(130)、(111)、(131)晶面 ; 而在 16. 0° 和 21. 1°处 呈现两个 峰 ,代表 β 晶型的 (300) 和 ( 301 ) 晶面 ,α晶 型的衍射 峰尖锐而 明显 ,β晶 型的衍射 峰小而 弱 ,在图 1 ( b) 中, 16. 0°处的 β衍 射 峰 消 失 , 21. 2°和 21. 9°
2吴唯 ,徐种德. 纳米刚性微粒与橡胶弹性微粒同时增强增韧 PP 的研究 [ J ]. 高分子学报 , 2000, (1) : 99
3钱欣 ,程蓉. β晶型成核剂增韧聚丙烯研究 1 工程塑料应用 ,
2002, 30 ( 12 ) : 15 4徐涛 ,于杰 ,金志浩 1热处理对聚丙烯结晶度及力学性能的影响
50 mm /m in;弯曲强度按 GB / T9341 - 2000 测试 , 速 率 为 2 mm /m in;冲击强度按 GB / T1843 - 1996测试 。 1. 5. 2 差示扫描量热 (DSC)测试
样品在氮气保护下加热至 200℃恒温 5分钟 ,消除热 历史影响 ,以 10℃ /m in降温速率降至室温 ,再以 10℃ /m in 的速率升温至 200℃并记录 DSC曲线 。 1. 5. 3 WAXD 分析
2. 937 2. 821 3. 055 2. 923 3. 054 3. 692
从表 2可以看出 :在热处理温度确定的条件下 ,随热 处理时间增加 ,热处理对 PP拉伸强度 、弯曲强度 、室温缺 口冲击强度都呈增加趋势 。
从表 1和表 2的数据可以说明热处理对 PP力学性能 变化与 PP试样的结晶结构变化有着极其密切的关系 ,所 以 ,研究 PP的结晶结构是非常必要的 。 2. 2 热处理对 PP 结晶结构的影响
金属材料
文章编号 : 1002 - 6886 (2007) 03 - 0075 - 02
·75 ·
热处理对聚丙烯力学性能及结晶结构的影响 3
杨红军 1, 2 ,伍玉娇 1, 2 ,郭建兵 1, 2 ,张敏敏 1, 2 ,朱 红 1, 2 ,廖永灵 1, 2 ,胡洪娥 1
(1. 贵州大学 材料科学与冶金工程学院 ,贵州 贵阳 550003; 2. 贵州省材料技术创新基地 ,贵州 贵阳 550014)
Abstract: The effect of various heat treatment conditions on PP mechanical p roperties was studied . The crystalline structure of PP before and after heat treatment was investigated by means of w ide angle X2rav diffraction (WAXD ) and differential scanning calorimetry (D SC) , too. The results showed that w ith the increase of the temperature in the heat treatment , the tensile strength, the flexural strength and the notch impact strength of PP first increased gradually , but decreased gradually. The initialα、β crys2 talline converted toα crystalline gradually .
摘要 :本文研究了聚丙烯不同热处理条件下的力学性能 。并用广角 X 衍射 (WAXD )和 DSC研究了热处理对聚丙烯 结晶结构的影响 。研究表明 ,随着热处理温度的升高 , PP拉伸强度 、弯曲强度 、室温缺口冲击强度都呈现先上升后下 降 ;而 PP的结晶形态由 α、β晶型转变为 α晶型 。 关键词 :聚丙烯 热处理 力学性能 结晶结构
1贵州科学 , 1999, 17 (4) : 260 5钱欣 ,程蓉 1热处理对 β成核聚丙烯结晶结构及力学性能的影
响 1工程塑料应用 , 2003, 31 (6 ) : 30 6冯继云 ,曾新榕 ,郭宝华 1热处理对聚丙烯注射件拉伸性能及表
面结晶结构的影响 1塑料 , 1995, 24 (3 ) : 48
表 1 热处理温度对 PP力学性能的影响
热处理 未处理 温度 ℃ (室温 ) 90
100 110 120 130 140
拉伸强度
M Pa 弯曲强度
M Pa 室温缺口 冲击强度 ( kJ /m2 )
31. 8 33. 2 33. 4 33. 5 33. 8 33. 2 32. 9 37. 0 38. 7 38. 8 39. 2 39. 7 41. 1 40. 6 2. 937 3. 024 3. 200 3. 319 3. 692 3. 333 3. 282
3 结论
1)随着热处理温度的提高 ,热处理对 PP拉伸强度 、 弯曲强度 、室温缺口冲击强度都呈现先上升后下降 ,对室 温缺口冲击强度的影响相对较大 。
2)热处理使 PP的结晶形态由 α、β晶型两相共存向 α晶型转变 。
参考文献
1汪克风 ,麦堪成 ,曾汉民. 成核 PP注塑样品的非等温结晶行为与 熔融特性. 高分子材料科学与工程 , 2001, 17 (2) : 125
1. 3 工艺流程 注塑机注塑样条 →对样条进行热处理 →性能测试
(宏观测试 、微观测试 ) 。 1. 4 热处理方法
将烘箱升温至设定温度并稳定 10 m in,然后迅速放入试 样进行恒温处理 , 1 h后随炉冷却 24 h即可用于性能测试。 1. 5 测试及表征 1. 5. 1力学性能测试
拉伸 强度按 GB / T1 04 0 - 1 992 测试 ,拉伸速率为
Key words: polyp ropylene; heat treatment; the mechanical p roperty; the crystalline structure
1 实验部分
1. 1主要原料 聚丙烯 ( PP) ,牌号为 F401,扬子石化 。
1. 2主要设备 塑料注射成型机 (CJ80M Z - NCⅡ) ,震德塑料机械有
收稿日期 : 2007 - 2 - 4
·76 ·
现代机械 2007年第 3期
从表 1可以看出 :在热处理时间一定的条件下 ,随着 热处理温度的提高 ,热处理对 PP拉伸强度 、弯曲强度 、室 温缺口冲击强度都呈现先上升后下降 。
在相同的热处理温度下 ,热处理时间对 PP拉伸性能 的影响也是拉伸性能影响 。
热处理后的拉伸试样采用 WAXD 仪在 CuKα辐射 、 测试电压 40 kV、激发电流 30 mA下进行分析 。
2 结果与讨论
2. 1 热处理对 PP力学性能的影响 在 PP的热处理中 ,热处理温度对 PP力学性能的影
响是显著的 。因为加热 60 m in即可达到热平衡 ,时间太 短无法达到热平衡 ,而太长则无意义 ,所以热处理时间采 用 60 m in。表 1 给出了在不同的热处理温度下 ,热处理时 间为 60 m in时的实验数据 。
170. 27
63. 59
120℃ (60分钟 )
173. 13
50. 43
注 : Tm 取熔融峰顶温度 PP进行热处理前后的 DSC测试数据表明 : PP未经热
处理时 ,其熔融温度 Tm≈ 170. 27℃,要远高于通常 PP 的 熔融温度 ( Tm≈ 165℃) ;热处理后 PP的熔融峰向高温端 移动 ( Tm≈ 170. 27～173. 13℃) ,为典型的 α晶特征熔融 峰 ;热处理后 ,熔融热焓 △H相对于热处理前有较大幅度 的下降 ,结晶度降低 ,分子链排列趋松散 ,孔隙率增加 。材 料受到冲击后 ,分子链段具有充分的活动余地 ,冲击强度 增加 。因此 PP经过热处理后 , PP力学性能的变化与结晶 结构的变化是相对应的 。
测试仪器公司 ; 液晶式摆锤冲击试验机 ( ZBC - 4B ) ,深圳市新三思计
量技术有限公司 ; 电热鼓风干燥箱 ( 101 - 3 型 ) ,天津市泰斯特仪器有
限公司 ; DSC (差示扫描量热仪 ) (Q10) ,美国 TA 公司 ; X射线衍射仪 (WAXD) (D /MAX2200) ,日本理学公司。
3 基金项目 :国家 863计划项目 (2003AA32X230)资助和贵州省自然科学基金项目 (黔科合计 2004 ( 3045)号 ) 资助 ,贵州大学研究生教 育创新基金项目 ( gzdxyjscxjjclxy200601) 。
作者简介 :杨红军 (1977—) ,男 ,贵州大学硕士研究生 ,主要研究方向 :聚合物共混改性 。 伍玉娇 (1959—) ,女 ,教授 ,主要研究方向 :聚合物共混改性 。
处的 α衍射峰增强 。 PP经过热处理 ,其结晶形态由 α、β 晶型两相共存向 α晶型转变 。
为考察热处理对试样结晶形态的影响 ,对样条进行热 处理前后的 DSC 测试 ,测试结果如表 3所示 。
表 3 PP进行热处理前后的 D SC测试数据
Tm / ℃
△H / ( J / g)
未热处理 (室温 )
Effect of Hea t Trea tm en t on the M echan ica l Property and the Crysta lline Structure of PP YANG Hong2jun, W U Y u2jiao, GUO J ian 2b ing, ZHANG M in2m in, ZHU Hong, L IAO Y ong2ling, FU Hong2e
表 2 热处理时间对 PP力学性能的影响
未处理 热处理时间 /m in (室温 ) 5
10 20 40 60
拉伸强度 /MPa 弯曲强度 /MPa 室温缺口冲击强 度 / ( kJ /m2 )
31. 8 32. 4 32. 9 33 33. 2 33. 8 37. 0 37. 0 37. 5 37. 8 37. 5 39. 7
ZLL 图 1为 PP热处理的 WAXD 图 。由图 1 ( a)可见 , 当 PP未进行热处理时 ,纯 PP在 X衍射谱图上的 14. 2°、 17. l°、18. 6°、21. 2°和 21. 9°处呈现 5个尖锐的衍射峰 ,分 别对应于 α晶型的 (110)、(040)、(130)、(111)、(131)晶面 ; 而在 16. 0° 和 21. 1°处 呈现两个 峰 ,代表 β 晶型的 (300) 和 ( 301 ) 晶面 ,α晶 型的衍射 峰尖锐而 明显 ,β晶 型的衍射 峰小而 弱 ,在图 1 ( b) 中, 16. 0°处的 β衍 射 峰 消 失 , 21. 2°和 21. 9°
2吴唯 ,徐种德. 纳米刚性微粒与橡胶弹性微粒同时增强增韧 PP 的研究 [ J ]. 高分子学报 , 2000, (1) : 99
3钱欣 ,程蓉. β晶型成核剂增韧聚丙烯研究 1 工程塑料应用 ,
2002, 30 ( 12 ) : 15 4徐涛 ,于杰 ,金志浩 1热处理对聚丙烯结晶度及力学性能的影响
50 mm /m in;弯曲强度按 GB / T9341 - 2000 测试 , 速 率 为 2 mm /m in;冲击强度按 GB / T1843 - 1996测试 。 1. 5. 2 差示扫描量热 (DSC)测试
样品在氮气保护下加热至 200℃恒温 5分钟 ,消除热 历史影响 ,以 10℃ /m in降温速率降至室温 ,再以 10℃ /m in 的速率升温至 200℃并记录 DSC曲线 。 1. 5. 3 WAXD 分析
2. 937 2. 821 3. 055 2. 923 3. 054 3. 692
从表 2可以看出 :在热处理温度确定的条件下 ,随热 处理时间增加 ,热处理对 PP拉伸强度 、弯曲强度 、室温缺 口冲击强度都呈增加趋势 。
从表 1和表 2的数据可以说明热处理对 PP力学性能 变化与 PP试样的结晶结构变化有着极其密切的关系 ,所 以 ,研究 PP的结晶结构是非常必要的 。 2. 2 热处理对 PP 结晶结构的影响
金属材料
文章编号 : 1002 - 6886 (2007) 03 - 0075 - 02
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热处理对聚丙烯力学性能及结晶结构的影响 3
杨红军 1, 2 ,伍玉娇 1, 2 ,郭建兵 1, 2 ,张敏敏 1, 2 ,朱 红 1, 2 ,廖永灵 1, 2 ,胡洪娥 1
(1. 贵州大学 材料科学与冶金工程学院 ,贵州 贵阳 550003; 2. 贵州省材料技术创新基地 ,贵州 贵阳 550014)
Abstract: The effect of various heat treatment conditions on PP mechanical p roperties was studied . The crystalline structure of PP before and after heat treatment was investigated by means of w ide angle X2rav diffraction (WAXD ) and differential scanning calorimetry (D SC) , too. The results showed that w ith the increase of the temperature in the heat treatment , the tensile strength, the flexural strength and the notch impact strength of PP first increased gradually , but decreased gradually. The initialα、β crys2 talline converted toα crystalline gradually .
摘要 :本文研究了聚丙烯不同热处理条件下的力学性能 。并用广角 X 衍射 (WAXD )和 DSC研究了热处理对聚丙烯 结晶结构的影响 。研究表明 ,随着热处理温度的升高 , PP拉伸强度 、弯曲强度 、室温缺口冲击强度都呈现先上升后下 降 ;而 PP的结晶形态由 α、β晶型转变为 α晶型 。 关键词 :聚丙烯 热处理 力学性能 结晶结构
1贵州科学 , 1999, 17 (4) : 260 5钱欣 ,程蓉 1热处理对 β成核聚丙烯结晶结构及力学性能的影
响 1工程塑料应用 , 2003, 31 (6 ) : 30 6冯继云 ,曾新榕 ,郭宝华 1热处理对聚丙烯注射件拉伸性能及表
面结晶结构的影响 1塑料 , 1995, 24 (3 ) : 48
表 1 热处理温度对 PP力学性能的影响
热处理 未处理 温度 ℃ (室温 ) 90
100 110 120 130 140
拉伸强度
M Pa 弯曲强度
M Pa 室温缺口 冲击强度 ( kJ /m2 )
31. 8 33. 2 33. 4 33. 5 33. 8 33. 2 32. 9 37. 0 38. 7 38. 8 39. 2 39. 7 41. 1 40. 6 2. 937 3. 024 3. 200 3. 319 3. 692 3. 333 3. 282
3 结论
1)随着热处理温度的提高 ,热处理对 PP拉伸强度 、 弯曲强度 、室温缺口冲击强度都呈现先上升后下降 ,对室 温缺口冲击强度的影响相对较大 。
2)热处理使 PP的结晶形态由 α、β晶型两相共存向 α晶型转变 。
参考文献
1汪克风 ,麦堪成 ,曾汉民. 成核 PP注塑样品的非等温结晶行为与 熔融特性. 高分子材料科学与工程 , 2001, 17 (2) : 125
1. 3 工艺流程 注塑机注塑样条 →对样条进行热处理 →性能测试
(宏观测试 、微观测试 ) 。 1. 4 热处理方法
将烘箱升温至设定温度并稳定 10 m in,然后迅速放入试 样进行恒温处理 , 1 h后随炉冷却 24 h即可用于性能测试。 1. 5 测试及表征 1. 5. 1力学性能测试
拉伸 强度按 GB / T1 04 0 - 1 992 测试 ,拉伸速率为
Key words: polyp ropylene; heat treatment; the mechanical p roperty; the crystalline structure
1 实验部分
1. 1主要原料 聚丙烯 ( PP) ,牌号为 F401,扬子石化 。
1. 2主要设备 塑料注射成型机 (CJ80M Z - NCⅡ) ,震德塑料机械有
收稿日期 : 2007 - 2 - 4
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现代机械 2007年第 3期
从表 1可以看出 :在热处理时间一定的条件下 ,随着 热处理温度的提高 ,热处理对 PP拉伸强度 、弯曲强度 、室 温缺口冲击强度都呈现先上升后下降 。
在相同的热处理温度下 ,热处理时间对 PP拉伸性能 的影响也是拉伸性能影响 。
热处理后的拉伸试样采用 WAXD 仪在 CuKα辐射 、 测试电压 40 kV、激发电流 30 mA下进行分析 。
2 结果与讨论
2. 1 热处理对 PP力学性能的影响 在 PP的热处理中 ,热处理温度对 PP力学性能的影
响是显著的 。因为加热 60 m in即可达到热平衡 ,时间太 短无法达到热平衡 ,而太长则无意义 ,所以热处理时间采 用 60 m in。表 1 给出了在不同的热处理温度下 ,热处理时 间为 60 m in时的实验数据 。
170. 27
63. 59
120℃ (60分钟 )
173. 13
50. 43
注 : Tm 取熔融峰顶温度 PP进行热处理前后的 DSC测试数据表明 : PP未经热
处理时 ,其熔融温度 Tm≈ 170. 27℃,要远高于通常 PP 的 熔融温度 ( Tm≈ 165℃) ;热处理后 PP的熔融峰向高温端 移动 ( Tm≈ 170. 27～173. 13℃) ,为典型的 α晶特征熔融 峰 ;热处理后 ,熔融热焓 △H相对于热处理前有较大幅度 的下降 ,结晶度降低 ,分子链排列趋松散 ,孔隙率增加 。材 料受到冲击后 ,分子链段具有充分的活动余地 ,冲击强度 增加 。因此 PP经过热处理后 , PP力学性能的变化与结晶 结构的变化是相对应的 。