滑石粉填充改性聚丙烯性能实验研究之一

滑石粉填充改性聚丙烯性能的实验研究之一

[摘要] 本文探讨了用滑石粉填充改性聚丙烯，考察滑石粉添加量、密炼时间、转速等因素对其熔融指数等加工性能的影响，得到试验范围内最佳的滑石粉添加量及适宜的加工条件。

[关键词] 聚丙烯滑石粉加工性能填充改性

聚丙烯(pp)作为一种典型的结晶高聚物，自1957年意大利montecatinl公司实现pp工业化以来，已经成为发展速度最快、产量最大、牌号最多、用途最广的合成树脂品种之一[1~2]。然而，pp也存在低温冲击性差、易于老化、成型收缩率大等缺点。为此，国内从70年代中期就采用化学或物理改性方法对pp进行了大量的研究开发[3~4]。本文以滑石粉为填料来填充改性聚丙烯，采用正交试验，根据聚合物熔体黏度（即熔融指数）及扭矩的变化，来寻找试验范围内材料加工性能最好的填料添加量及加工条件。

1. 实验部分

1.1实验仪器及原料

主要实验仪器:

小型密炼机su-70型常州苏研科技有限公司（中国）生产

熔体流动速率试验机zrz-400型深圳市新三思材料检测有限公司生产

实验原料:

聚丙烯树脂(pp)：上海石油化工股份有限公司生产，执行标准为q/sh012.07.06，质量管理体系符合iso9001:2000

滑石粉：中美合资广西龙胜华美滑石研发有限公司生产，执行标准为2000年版《中国药典》一部，通过iso9001:2000质量体系认证

1.2 正交试验设计[5]

确定因素和水平:取滑石粉添加量、密炼时间、转速3个因素,每个因素取3个水平,设计正交试验方案,因素水平见表1

2. 结果与讨论

按照表1确定的因素水平作正交试验,结果见表2

注：表中“-”表示扭矩的方向

2.1 各因素对熔体温度的影响（t1、t2、t3）

由表2数据可知，密炼时间由9min增加到12min时，熔体温度也随之升高。随着滑石粉添加量的增加，熔体温度变化不大。随着转速加快，熔体温度明显上升。这是由于转速的大小反映了剪切力的大小。转速越高，聚合物分子间及聚合物分子与填料分子之间的内摩擦就越厉害，从而放出的热能就越多，使熔体温度升高。当转速为50rpm时，熔体温度为最高。

2.2 各因素对扭矩的影响（t1’、t2’、t3’）

扭矩的大小反映了材料混合的难易程度，它与材料的黏度直接有关。

由表2数据可知，密炼时间由9min延长至12min，扭矩略为上升，再增加至15min时，扭矩下降。当密炼时间为15min时，扭矩最小。随着填料添加量的增大，扭矩逐渐变小，当填料添加量为15%时，

扭矩最小。随着转速的增大，扭矩先增大，再减小，当转速为30rpm 时，扭矩最小。

2.3 扭矩的极差分析

表2中，极差（r’）的大小反映各因素对扭矩的影响。根据正交试验原理[5]，极差数值越大，对试验结果的影响越显著。按极差r’的大小排出各因素对扭矩的影响的主次为：密炼时间、转速、填料添加量。即在试验条件下，密炼时间对扭矩的影响最大。

由于扭矩越大，熔体黏度越大，越不利于加工。最佳组合应选择各因素最小值那个水平。由此得出最佳组合为a3b3c1，其密炼时间为15min、填料添加量为15%、转速为30rpm，所得扭矩最小。

2.4 各因素对熔融指数的影响（t1”、t2”、t3”）

高聚物的良好流动性是其成型加工的前提。熔融指数（mi）是用来衡量塑料熔体流动性的一个重要指标。mi愈大，塑料熔体的黏度越低，成型时流动性愈好。

由表2中数据可知，随着密炼时间的延长，熔融指数逐渐变大。当密炼时间为15min时，熔融指数最大。随着滑石粉添加量的增加，熔融指数逐渐下降。当填料添加量为5%时，熔融指数最大。随着转速的增加，熔融指数先下降再上升。当转速为50rpm时，熔融指数最大。

2.5 熔融指数的极差分析

表2中，极差（r”）的大小反映各因素对熔融指数的影响。按极差r”的大小排出各因素对熔融指数的影响的主次为：转速、密炼

时间、填料添加量。即在试验条件下，转速对熔融指数的影响最大。最佳组合为a3b1c3，即7#试验，其密炼时间为15min、填料添加量为5%、转速为50rpm，所得熔融指数最大，其值为4.942 g·（10min）-1。

3.结论

（1）试验条件下，滑石粉填充量为15%、密炼时间为15min、转速为30rpm时所得混合物的扭矩最小。

（2）试验条件下，滑石粉填充量为5%、密炼时间为15min、转速为50rpm时所得混合物的熔融指数最大。

参考文献：

[1] 任巨光.β晶型成核剂增韧改性聚丙烯的研究[d].南京:南

京工业大学,2001

[2] 殷锦捷,屈晓莉,王之涛等.聚丙烯改性的研究进展[j].上海塑料,2006,12:9~13

[3] 陈晓蕾,王汝敏,杨贵忠.聚丙烯物理改性的研究进展[j].塑料科技,2004,2:49~52

[4] 曾周华,李付亚,傅和青.聚丙烯物理改性研究进展[j].塑料科技,2007,4: 80~83

[5] 方开泰,张兴.正交与均匀试验设计[m].北京:科学出版

社,2001:35~50