PP_PC共混材料的力学性能和断裂力学_郭红革

　第23卷第2期高分子材料科学与工程V o l.23,No.2　2007年3月PO LYM ER M ATERIALS SCIENC E AN D EN GIN EERING M ar.2007 PP/PC共混材料的力学性能和断裂力学

郭红革1,盛　京2

(1.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; 2.天津大学材料科学与工程学院,天津300072)

摘要:采用双螺杆挤出机制备了以PP-g-M A H和P P-g-GM A为增容剂、P F为增容助剂的一系列配方的PP/PC共混物,由注射机制样,通过力学性能对比了不同增容体系的增容效果。用J积分的方法表征了PP/PC共混物的断裂韧性。结果表明,PP-g-GM A增容效果优于P P-g-M A H,且PP/PP-g-GM A/PC/PF (70/10/20/1)共混物具有较好的综合力学性能。

关键词:聚丙烯;聚碳酸酯;共混;力学性能;断裂韧性;J积分

中图分类号:O631.2+1 文献标识码:A 文章编号:1000-7555(2007)02-0174-05

聚丙烯的工程塑料化是高分子研究领域的重要课题,工程材料必须有高的韧性和刚性。用工程塑料PC与PP共混,相容性是关键。虽然控制PP与PC之间的黏度比可得到分散良好的共混材料,但它们的配比因受到加工条件等限制,通常会发生相分离,出现明显的相界面,界面处的粘接性变差,影响力学性能。添加增容剂可改善相容性,所起的作用是在熔融加工过程中防止分散相粒子的自凝聚,强化相界面相互作用,促使体系形成稳定的微相结构,而这些作用主要源于增容剂与共混组分间形成的链缠结结构[1]。

本文研究了PP/PC共混物的力学性能与增容剂种类和用量的关系。对于材料的韧性表征,冲击强度只是给出了材料在受冲击破坏时所吸收的全部能量值,不能充分反映材料在受破坏过程的韧性参数的变化,本文探索采用J 积分方法研究该共混物的断裂韧性,具有可行性。

1　实验部分

1.1　主要原料

聚丙烯(PP):粉料T30s,MFR=3g/10 min(230℃,负荷2.16kg),天津石油化工公司乙烯厂;聚碳酸酯(PC):lexan121R,MFR= 17.5g/10min(300℃,负荷1.2kg),美国GE 公司;聚丙烯接枝马来酸酐(PP-g-M AH):接枝率0.8%,宁波能之光新材料有限公司;聚丙烯接枝甲基丙烯酸缩水甘油脂(PP-g-GM A):接枝率1.0%,宁波能之光新材料有限公司;线型酚醛树脂(PF):2402,湖北青龙化工厂。

1.2　主要仪器及设备

平行同向双螺杆挤出机:D36,L/D34,南京科亚机械有限公司;塑料注射成型机: 130F2V,螺杆直径h40mm,东华机械有限公司;拉力实验机:M350-20kN,英国Testom etric 公司;冲击实验机:JC-25(简支梁),承德精密实验机有限公司;XC-22(悬臂梁),承德精密实验机有限公司,按GB/T1843-1996标准测试;洛氏硬度计:X HR-150,上海材料试验机厂产品。

1.3　试样制备

原料使用前在真空烘箱中进行干燥。PP在80℃烘干2h,PC在120℃烘干4h,按配比在高速混合机预混,在双螺杆挤出机中混炼造粒。将挤出颗粒在80℃真空干燥4h,用注射机制样,一模四腔,分别为拉伸哑铃形试样、弯曲试

收稿日期:2006-01-10;修订日期:2006-08-12

　基金项目:青岛科技大学博士科研启动基金资助

　联系人:郭红革,主要从事高分子材料的结构与性能及包装印刷材料的应用研究,E-mail:h gguo@qingdaonew

样、简支梁缺口冲击试样和悬臂梁缺口冲击试样。将部分弯曲试样用加热的锋利小刀在长宽面中央沿宽度方向制出尖锐缺口,在120℃退火2h 以消除内部应力,用于断裂韧性的分析。1.4　测试1.4.1　拉伸性能:按GB /T 1040-1992标准测试,拉伸速度为10m m /min 。1.4.2　弯曲性能:按GB /T9341-2000标准测试,跨度80mm ,弯曲速度为10m m /min 。1.4.3　断裂韧性:采用弯曲压头,试样(B =10m m,W =15mm ),缺口深a =0.5W ,跨度s =4W =60m m,压头下降速度为1mm /min,记录载荷-位移曲线。1.4.4　冲击性能测试:按GB /T 1043-1993标准测试。1.4.5　硬度:用洛氏硬度计测试。

2　结果与讨论

2.1　不同共混比对PP /PC 共混物力学性能的影响

PP 是典型的非极性结晶聚合物,而PC 是极性非结晶聚合物,二者之间结构不同,相容性较差。共混物的相态结构直接影响其最终力学性能,对于不相容的共混组分,其相结构在共混过程中要经历一系列的形态变化,这种变化与热力学因素、动力学因素及共混过程的加工条件密不可分[2]。对特定的共混组分,混合加工工艺参数是控制相态结构的主要因素,挤出过程形成的分散状态在注射成试样的过程中会遭到破坏。为了保持已形成的相态结构,本实验在注射时温度选择和共混时的温度保持一致,以使共混物组分的熔体黏度差不变[3]

。PP 、PC 和加入20%质量分数的PC 改性PP 的力学性能如Tab .1所示。

Tab .1　The mechanical properties of PP ,PC and PP /PC (80/20)blend

Tensile s trength

(M Pa)

Youngs modu lus

(M Pa)

Flexual strength

(M Pa)

Flex ual modu lus

(M Pa)

Charpy impact streng th (k J /m 2)

Iz od impact s trength (k J /m 2)

PP 28.841622.02105.612079.16 3.5 4.8PP/PC (80/20)25.831506.9450.661289.34 3.4 4.1PC

55.65

2625.21

50.14

1190.17

6.4

7.9

　Tab .1的杨氏模量、弯曲模量和硬度反映了材料的刚性。模量和硬度越大,刚性越好。冲击强度反映了材料的冲击韧性,即材料抵抗外力冲击的能力,冲击强度越大,韧性越好。可见PP /PC (80/20)共混物的力学性能数值低于两者的线性加和值,没有产生协同效应。2.2　增容剂对PP /PC 共混物力学性能的影响

在PP /PC (80/20)共混物中加入反应型增

容剂PP -g -M AH 和PP -g -GM A 以改善两者的相容性。PP-g -M AH 和PP-g-GM A 接枝物中的PP 主链与PP 基体相容,M A H 基团和GM A 基团可与PC 中的-O H 和-COO H 端基实现原位反应,形成共聚物存在于两相界面,提高界面粘接力,改善PP /PC 的相容性

。

(a )compatibilized w ith PP -g -M AH (b )compatibil ized w ith PP -g -GM A Fig .1　The reflection of different content of compatibilizer towards the tensile strength of PP /PC blends

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　第2期

郭红革等:PP /PC 共混材料的力学性能和断裂力学