滑石粉填充改性聚丙烯性能的实验研究之一

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。