滑石粉填充改性聚丙烯性能实验研究之一
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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