高密度聚乙烯对改性聚丙烯共混体系力学性能的影响

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关键词 :聚丙烯 ;高密度聚乙烯 ;三元乙丙橡胶 ;滑石粉 ;增韧改性 中图分类号 : TQ3251 1 + 4 文献标识码 :A 文章编号 :1006 7906 (2006) 03 0020 03
聚丙烯 ( PP) 作为合成树脂的重要组成部分 ,由 于其产量大 ,价格低 ,密度小 ,无味 ,无臭 ,优异的耐 腐蚀性能和机械性能 ,已经成为广泛应用的一种通 用塑料 。但聚丙烯存在综合力学性能差 、低温韧性 差 、尺寸稳定性差 、不耐老化等缺点 ,因此在众多的 PP 改性研究中 ,添加第二相粒子进行增韧改性是近 来的共混改性方法的一个研究热点 ,不少研究结果 都表明 ,添加橡胶体和有机或无机的刚性粒子对整 个体系力学性能都有不同影响[1~5] 。
第 27 卷第 3 期 2006 年 6 月
化学工业与工程技术 J ou rnal of Chemical I n d ust ry & En gi neeri n g
Vol1 27 No . 3 J un. , 2006
高密度聚乙烯对改性聚丙烯共混体系力学性能的影响
曹新鑫1 ,何小芳1 ,张建新1 ,陈晓浪2 ,卫太成3
按照 GB/ T9341 —88 标准 ,将制得的哑铃型样 条直接在 IN S TRON8501 型电液伺服材料试验机 上进行 弯曲力 学性 能测 试 , 弯 曲速 率为 20 mm/ min ,测试跨距为 40 mm ,弯曲强度单位为 M Pa 。 1. 4. 2 材料熔融指数测试
按照 GB/ T1843 —80 标准 ,取充分干净的样品 粒料 5 g ,置于事先已经调好温度的μXRZ 400C 型 熔体流动速率仪中 ,在 2 016 kg 的负荷下进行测试 , 测试的温度为 230 ℃。
1 # PE(5000 S) 对共混体系冲击强度的影响 2 # PE(5200 B) 对共混体系冲击强度的影响 图 1 HDPE 用量对共混体系冲击性能的影响
1 # PE 对共混体系弯曲强度的影响
2 # PE 对共混体系拉伸强度的影响
3 # PE 对共混体系拉伸模量的影响
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化学工业与工程技术
3 结 语
HDPE 能够打碎 PP 晶粒 ,提高材料的缺口冲 击强度 。研究发现 ,5 000S 和 5 200B 2 种 HDP E ,其 加入量都有一“饱和”区域 ,即 10 %~20 % (此时 ,由 于 5 000S 的熔融指数大于 5 200B ,意味着前者相对 分子质量低于后者 ,故在上述“平台”范围内 5 200B
2 结果与讨论
采用挤塑型 5000S 和 5200B 两种 HD P E 进行 试验 。配方设计固定基础组分 PP 总质量分数及其 共聚型和均聚型的类别配比 、EPDM 的添 加量 、 滑石粉 (微细 400 目) 的用量 , 改变 HD P E 的加 入量 , 并对力学试验结果作趋势图 , 如图 1 、图 2 所示 。
主要进行 Charp y 冲击 、拉伸和弯曲 3 种力学性 能的测试 ,实验温度为 (20 ±3) ℃;冲击试验分 (20 ±3) ℃常温和 ( - 20 ±3) ℃低温 2 种 。 1. 4. 1. 1 冲击强度测试
依照 GB/ T1043 —70 标准 ,将注塑制得的哑铃 型样条或专门用来冲击的注塑试样制成长为 (55 ± 1) mm 、宽为 (10 ±0. 2) mm 、厚为 (4. 0 ±0. 2) mm 的样条 。在 ZH Y W 型万能制样机上制得 2 种缺 口试样 :一是缺口深为样厚的 1/ 3 、缺口尖角半径为 0. 25 mm 的 V 型缺口试样 ;二是标准方缺口试样 。 缺口冲击试验在 XJJ 50 型简支梁冲击试验机上 进行 。
类别
5000S 5200B
表 1 2 种 Hຫໍສະໝຸດ BaiduPE(添加量在 15 %时) 复合体系力学性能的对比
冲击强度/ ( kN ·m - 1 ) 19. 5 ℃ - 20 ℃ 19. 5 ℃ 方缺口 方缺口 尖缺口
- 20 ℃ 尖缺口
断裂伸长 率,%
拉伸模量 / MPa
拉伸强度 / MPa
弯曲强度 / MPa
45 96 GB ,广西龙广滑石粉厂 ,1000 目 ;钛酸酯偶 联剂 NDZ 101 ,南京曙光化工总厂 ; HD P E 5200B 粒料 ,广东茂名石油化工公司 ; HD P E 5000S 粒料 , 兰州化学工业公司石油化工厂 。 1. 2 实验设备
101 4 型电热鼓风机 ,上海市上海县仪器厂 ; GR H 10 搅拌机 ,阜新热源设备厂 ; TSE 40A 型
现代石油化学公司 ,熔体流动速率 25 g/ 10 min ;均 聚型 PP (polyp rop ylene ,V30 G) 粒料 ,湖南长盛石化 有限公司 ,熔体流动速率 16 g/ 10 min ; EPDM 粒料 , 市售 ,美国杜邦公司 ;滑石粉微细 WF90 20 99Q/ L GH ,广西龙广滑石粉厂 ,400 目 ;滑石粉超细 ZZ80
高 ,直至达到 10 % HDP E (质量分数 , 下同) , 出现 一个峰值 。此后到 20 %的一段范围内 ,有一个“准 平台”的存在 ,预示着在这个区间 HD P E 的添加达 到一个“饱和状态”;在此之后 ,常温冲击强度继续攀 升 ,而低温冲击强度开始有下降的痕迹 ,可能 HD P E 添加量“过饱和”后 , P E 聚集结晶的能力提 高 ,导致低温冲击强度降低 ;而常温冲击强度的升高 则是由于 PE 本身冲击强度较高 ,随加入量增加 ,体 系冲 击 强 度 也 随 着 加 大 。对 比 试 验 选 用 的 2 种 HD P E ,5000S 的熔融指数大于 5200B ,意味着前者 相对分子质量低于后者 ,故在上述“平台”范围内 , 5200B 的增韧效果明显高于 5000S ,具体可在表 1 的数据中得到验证 。
本研究选用 2 种高密度聚乙烯 ( HD P E) 来改性 PP/ 三元乙丙橡胶 ( EPDM) / 滑石粉复合体系 ,熔融 共混制备出改性聚丙烯多元复合物 ,并考察其力学 性能及加工性能 。
1 实验部分
1. 1 实验原料 共聚型 PP (polyp rop ylene , M1600) 粒料 ,韩国
缺口冲击强度σn ( kN/ m) 按照σn = A n/ ( bdn ) 计 算 ,其中 A n为缺口冲击强度所消耗的功 (kJ ) ,b 为试 样厚度 ( m) , dn为缺口试样缺口处剩余厚度 ( m) 。 1. 4. 1. 2 拉伸力学性能测试 按照 GB/ T1040 —79 标准 ,将注塑好的哑铃型 样条直接在 IN S TRON8501 型电液伺服材料试验 机上进行拉伸力学性能测试 ,拉伸速率 (夹头移动速 率) 为 50 mm/ min ,拉伸强度单位为 M Pa ,拉伸弹性 模量单位 M Pa 。 1. 4. 1. 3 弯曲力学性能测试
曹新鑫等
高密度聚乙烯对改性聚丙烯共混体系力学性能的影响
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Ⅱ双螺杆塑料注射机上注塑成哑铃型测试样条及 Charp y 冲击用样条 ; 注塑温度第一段205 ℃,第二 段215 ℃, 第三段 185 ℃; 注射时间 4 s , 冷却时间 15 s。 1. 4 性能测试 1. 4. 1 机械力学性能测试
c) 自来水冷却 ,直接牵引由 PQ100/ 200 塑料切 粒机切粒 。
d) 将制得的复合 PP 粒料在 (100 ±2) ℃下干燥 12~15 h 。
e) 在 L S 80塑料注塑成型机和 CJ 80MZ NC
收稿日期 :2005 12 07 作者简介 :曹新鑫 (1979 - ) ,男 ,山西侯马人 ,硕士 ,讲师 ,现主 要从事聚合物改性方面的研究与教学 。 E2mail : caoxinxin @hpu. edu. cn
拉伸模量的变化趋势曲线中 ,可以发现在 HDP E 添 加量增 大初 期 , 力 学指 标下 降很 快 , 但 在 10 %~ 20 %添加量范围内 ,有一个向上微凸的“平台”存在 ; 在 4 # 断裂伸长率的变化趋势曲线中 ,同样可以发 现类似的“平台”存在于 HD P E 15 %~25 %的添加 量范围内 ,这一现象也和图 1 缺口冲击强度的变化 趋势中相同位置出现的 HDPE 添加量“饱和”状态 吻合 。在这段“平台”之后 ,强度和刚性指标都有上 升势头 ,这说明 HDP E 在添加量“过饱和”后 ,聚集 结晶有利于材料强度和刚性的提高 。
力学实验用 PP/ EPDM/ 滑石粉复合材料样条 的制备过程如下 :
a) 按试样成分比例的要求称取各组分 ,搅拌 混合 。
b) TSE 40A 型双螺杆挤出机上熔融共混挤 出 ,挤出温度第一段 175 ℃,第二段 185 ℃,第三段 190 ℃,第四段 200 ℃,第五段 205 ℃;机头温度 201 ℃;物料温度 27 ℃;螺杆转速 121 r/ min ,加料转速 23 r/ min 。
的增韧效果明显高于 5 000S) ,在此区域 ,强度值在 下降曲线中出现向上微凸的“平台”,而韧性指标上 升势头渐强 ,当 HDP E 加入量大于 20 %时为“过饱 和状态”,此时的刚性和强度指标都有上升势头 ,而 PP 共混料的低温冲击强度开始有下降的趋势 。
参考文献 :
1 李华. 刚性无机填料增韧 PP[J ] . 合成树脂及塑料 ,1997 , 14 (3) :64~65
(1. 河南理工大学 材料科学与工程学院 ,河南 焦作 454000 ;2. 高分子材料工程国家重点实验室 , 四川大学高分子研究所 ,四川 成都 610065 ;3. 山西平阳机械厂 ,山西 侯马 043002)
摘要 :采用熔融共混法制备聚丙烯 ( PP) / 三元乙丙橡胶 ( EPDM) / 滑石粉 ( Tacl) / (高密度聚乙烯) HDPE 共混材料 。研究了 HDPE 对改性 PP 共混体系力学性能的影响及其原因 。结果表明 ,在 PP/ EP2 DM/ Tacl/ HDPE 共混体系中 , HDPE 的添加量存在一个饱和值 ,在这一添加量的前后 ,韧性和刚性指标 曲线有波峰或波谷 ;不同牌号的 2 种 HDP E ,熔融指数高者增韧效果好 。
2 石彪 ,胡爱红. EPDM 动态硫化增韧 PP 的力学性能研究 [J ] . 工程塑料应用 ,2002 ,30 (1) :12~14
3 李荣勋 ,涂劲松 ,李艳霞等. 共聚聚丙烯 EPF30R 作为汽 车保险杠专用料研究 [J ] . 现代塑料加工应用 ,2001 ,13 (3) :23~26
双螺杆挤出机 ,南京瑞亚高聚物设备有限公司 ; CJ 80MZ NC Ⅱ双螺杆塑料注射机 ,震德塑料机械 厂 ; PQ100/ 200 塑料切粒机 ,化工部晨光化工研究 院塑料机械研究所 ; ZH Y W 万能制样机 ,河北省 承德试验机厂 ; WD4005 F 低温箱 ,国产 ; XJJ 50 型 简支梁 冲 击 试 验 机 , 河 北 省 承 德 试 验 机 厂 ; IN2 S TRON8501 型电液伺服材料试验机 ,英国 ;游标卡 尺 ,普通 ; Item A RA520 分析电子天平 ,美国 。 1. 3 共混材料的制备
2006 年第 27 卷第 3 期
4 # PE 对共混体系断裂伸长率的影响 图 2 1915 ℃时 ,不同 HDPE 用量对共混体系拉伸性能的影响
2. 1 不同 HDPE 用量对共混体系冲击性能的影响 从图 1 中可以看到 ,随着 HD P E 的加入 ,各种
缺口在不同温度下的冲击强度都有很大幅度的提
214. 96 161. 14 157. 49 129. 30 96. 32
78. 91
97. 65
94. 56
233. 43 157. 43 147. 96 135. 41 65. 85
79. 11
97. 29
97. 91
2. 2 不同 HDPE 用量对共混体系拉伸性能的影响 在图 2 的 1 # 弯曲强度 、2 # 拉伸强度以及 3 #
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