POE与EPDM对聚丙烯增韧改性研究

加工 应用
弹性体,2007 08 25,17(4):44~47
CH IN A EL A ST O M ERICS
收稿日期:2007-04-09
作者简介:周 琦(1982-)女,江苏苏州人,青岛科技大学在读硕士研究生,主要研究方向为茂金属聚烯烃弹性体的改性。

*通讯联系人
POE 与EPDM 对聚丙烯增韧改性研究
周 琦,王 勇,邱桂学*,孙阿彬
(青岛科技大学橡塑材料与工程教育部重点实验室,山东青岛266042)
摘 要:以茂金属聚烯烃弹性体(POE,乙烯-辛烯共聚物)和传统三元乙丙胶(EPDM )作为聚丙烯(PP)的增韧剂,比较研究了P P/PO E 及P P/EP DM 共混物的加工性能及力学性能。

研究结果表明,PO E 在加工性、增韧改性等方面比EPDM 更具有优势。

扫描电子显微镜(SEM )进一步探讨了共混物的形态结构与性能的关系。

关键词:PO E;三元乙丙橡胶;聚丙烯;增韧剂
中图分类号:T Q 334.2 文献标识码:A 文章编号:1005 3174(2007)04 0044 04
聚丙烯(PP)作为世界五大通用塑料之一,具有原料来源丰富、质轻、性价比优越等特点,发展
迅速,应用广泛,但纯PP 存在低温韧性差、缺口敏感性大等缺点。

为了改善PP 性能上的不足,国内外都进行了大量的PP 增韧改性研究,在多相共聚和共混改性方面取得了突破性的进展[1],相比而言,共混改性简单易行,倍受青睐。

其中三元乙丙橡胶(EPDM )对PP 有良好的增韧效果,但目前EPDM 价格高,商品原料多为块状,碎胶有一定困难,与粒状PP 混合不均匀,流动性也不太理想,造成材料的性能下降。

同时由于EPDM 本身有颜色,产品很难获得色彩鲜艳的外观。

因此本文采用在茂金属催化剂作用下聚合而成的乙烯和辛烯的热塑性弹性体(POE)作为PP 的抗冲击改性剂,并与EPDM 在改性效果、加工性等方面进行比较,为POE 的推广应用与PP 的高性能化提供经验。

1 实验部分
1.1 原料
PP:1647,熔体流动速率(M FR)为9.6g/10min,北京燕山石化生产;POE:EG8150,辛烯质量分数为39%,MFR 为0.5g/(10min),Du Pont/
Dow Elastom er s 公司生产;EPDM:3722P,Du Pont 公司生产。

1.2 仪器设备
双螺杆塑料挤出机:SH J-36(L/D 为34/1),南京杰恩特公司;注射成型机:130F2v,东华机械有限公司;H AKKE 流变仪:RC -90,德国NETZSCH ;电子拉力试验机:GT-10S-2000,台湾高铁科技股份有限公司;简支梁冲击试验机:JC -25,河北承德精密试验机厂;悬臂梁冲击试验机:XCT-40,河北承德精密试验机厂;熔体流动速率仪: PXRZ-400C,吉林大学科教仪器厂;扫描电子显微镜(SEM):JSM-840,日本JEOL 公司。

1.3 试样制备
将一定比例的PP 、EPDM 或POE 加入高速混合机混合,用双螺杆挤出机(螺杆长径比为34/1)挤出,加热段温度为170~210 ,机头温度为190 ,螺杆转速为100r/min,挤出后用水冷却,干燥,切粒机造粒。

然后用注射机将粒状共混物注射成标准样条,注射机料筒温度190~220 ,模温40~50 ,注射压力120M Pa,成型周期1min 。

1.4 性能测试
1.4.1 物理机械性能测试
拉伸性能按GB/T1040!92测试;冲击性能按GB /T1843!1996测试;弯曲性能按GB1042!79测试;熔体流动速率按GB3682!83测试。

1.4.2 相态结构
在进行SEM 观察之前,试样冲击断面置于
二甲苯溶液中,室温保持3d,以将表面的EPDM 、POE 蚀刻掉而留下空洞,进而观察弹性体在PP 基体中的分散情况。

2 结果与讨论
2.1 流变性能
2.1.1 转矩-时间曲线
利用转矩流变仪可了解聚合物成型加工过程中的流变行为及规律。

本实验测定两种共混体系的转矩-时间曲线,比较了它们的加工平衡转矩。

图1显示了PP/POE 、PP/EPDM (弹性体质量分数为15%)
共混物的转矩对时间的变化曲线。

时间/min
图1 PP /PO E 、P P/E PDM 转矩-时间曲线
由图1可以看出,共混物的转矩大小为PP/POE<PP/EPDM,说明当使用POE 作为PP 的冲击改性剂时,共混物更易加工成型,消耗更低的
能量。

这是由于POE 是在茂金属催化剂下采用限定几何技术聚合而成,具有窄相对分子量分布和长链支化结构,使POE 具有较强的剪切敏感性和优异的加工流变性能。

2.1.2 熔体流动速率
图2为两种弹性体POE 、EPDM 的用量对体系熔体流动速率(MFR)的影响,M FR 值越高表明高聚物熔体粘度越低,流动性越好。

由图2可见,随着弹性体含量的增加,M FR 呈下降趋势,表明随着弹性体含量的增加体系加工性能变差。

这是因为弹性体本身熔体流动速率较低,它的加入使共混体系的内摩擦阻力增大,导致聚合物分子链之间的相对运动困难,从而降低了体系的流动性。

按照流变学的原理解释,共混时弹性体以微小的液滴分散在PP 熔体中,在不考虑两相之间
化学联结的最简单情况下,PP 连续相剪切场中小
液滴的存在扰乱了流线,因而使体系耗散额外的能量,这种附加的能量耗散表现为粘度的增加及MFR 值的下降。

当弹性体用量相同时,POE 体系的M FR 高于EPDM 体系,进一步说明了用POE 改性PP 更具有加工优势。

w (弹性体)/%
图2 PP /POE 、PP /EP DM 熔体流动速率曲线
2.2 物理性能
2.2.1 冲击强度和断裂伸长率
由图3可以看出,随弹性体含量的增加,冲击强度呈上升趋势。

弹性体对PP 的增韧存在一个临界含量,只有超过这个临界含量,弹性体才表现出明显的增韧效果,对于基体树脂PP,POE 的脆韧转化点在10%,而EPDM 在15%,换言之要达到相同的增韧效果所需POE 的用量要小于EP DM 。

当弹性体质量分数为15%时,POE 体系的冲击强度明显高于EPDM 体系,POE 的增韧效果优于EPDM 的原因可能是POE 侧乙基长于EPDM 的侧甲基,在分子间起到联结、缓冲,减少银纹因受力发展成裂纹的作用[2]。

通常断裂伸长率与断裂能有关,冲击强度大的材料往往具有较高的断裂伸长率。

弹性体由于模量低,易于发生形变,聚合物中加入弹性体后,一般会使断裂伸长率增加[3]。

由图3可知,两个体系的断裂伸长率均随弹性体含量的增加而提高,且POE/PP 体系的增幅较大。

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2.2.2 屈服强度和弯曲强度
图4为弹性体的用量对共混体系屈服强度和弯曲强度的影响。

由图4可以看出,两体系的屈服强度和弯曲强度均随弹性体用量的增加而降低,因为随着弹性体用量增加,PP 共混物的结晶度降低,且增韧体系的强度较PP 低得多。

而且EPDM 体系的降低幅度略微大于POE 体系,这可能是POE 中侧链体积较大,POE 本身屈服强度比EPDM 高,受剪切力时能更有效地起到抗压
作用。

2.3 相态结构
多相体系的性能与分散相的分散形态密切相
关,对弹性体改性塑料来说,弹性体的增韧效果与弹性体分散粒子的大小、形态以及粒子之间的间距等因素有关。

在弹性体的质量分数为20%时,PP/POE 和PP/EPDM 共混物试样常温冲击断面扫描电镜照片如图5所示。

实验结果表明,EPDM 以比较规则的球状粒子分布于PP 基体中,形成了典型的∀海-岛#结构,图中空洞为橡胶粒子脱落所致,并且空洞与连续相PP 所形成界面较为清晰,由此说明EPDM 粒子与连续相PP 的界面粘结力较小,影响其增韧效果,且试样的断
面相对于POE 体系来说较光滑平整,断裂特征显示出较多的脆性。

而POE 是以片状或条状等很不规整的形状分布于PP 基体中的,共混物两相之间形成了互锁的网络结构,在弹性体相间有PP 微纤相联,断面粗糙,呈现典型的韧性断裂。

说明分散的POE 微粒作为大量的应力集中点,在外力强大冲击时,引发银纹和剪切带,随着银纹在其周围支化而吸收大量的冲击能量,同时由于大量银纹之间应力场的相互干扰,降低了银纹端的应力,阻碍了银纹的进一步发展,使材料的韧性大大提高。

因此POE 用作PP 的增韧剂,具有明显的优势,这与前面的实验结论是一致的。

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3 结 论
(1)在成型加工过程中,PP/POE 较PP/EP DM 共混物具有更低的平衡转矩和较高的熔体流动速率,POE 作为PP 的增韧剂更具有加工优势。

(2)对于基体树脂PP,POE 的脆韧转化点在10%,而EPDM 在15%,要达到相同的增韧效果所需POE 的用量要小于EPDM 。

(3)随着POE 和EPDM 含量的增加,共混物的冲击强度、断裂伸长率显著提高,而屈服强度和弯曲强度下降。

当弹性体质量分数在15%时,POE 体系的冲击强度明显高于EPDM 体系,
POE 的增韧效果优于EPDM 。

(4)从SEM 可以看出,PP/EPDM 冲击断裂特征显示出较多的脆性,而PP/POE 呈现典型的韧性断裂。

参 考 文 献:
[1] 王穗禧,江梅.聚丙烯及其改性技术[J ].工程塑料应用,
1998,26(4):26~30.
[2] 王旭,温晨志.聚丙烯/弹性体/滑石粉/BaS O 4复合材料的
研究[J ].塑料工业,2003,31(1):10~12.
[3] 郭红革,谢雁,葛涛.橡胶刚性PP 共混体系的研究[J].塑料
工业,2001,29(1):13~15.
S tudy on POE and EPDM in the modification of PP
ZH OU Qi,WAN G Yong ,QIU Gui x ue,SU N A bin
(K ey L abor ator y of R ubber Plastics,Ministr y of E ducation,Qingdao Univer sity of S cience and Technology ,Qingdao 266042,China)
Abstract:T he po lyolefin elastom er (POE,ethy lene octene copo lymer)and EPDM w as used as the impact modifiers for PP in the paper.The processability behav ior and mechanical pr operties o f PP/POE and PP/EPDM blends w er e analy zed co mpar atively.The results show ed that POE w as super io r to EPDM o n processability and toug hening effect.With scanning electro nic micr oscope (SEM ),the re lationship betw een the mor phogical str ucture and pro perties of blends w as discussed.
Key words:POE;EPDM ;po lypropylene;toughener
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