熱處理對(duì)改性抗沖共聚聚丙烯B310F力學(xué)性能的影響

劉曉青，李文東，李 磊

(1 海爾科化工程塑料國家工程研究中心股份有限公司，北京102206;2 神華寧夏煤業(yè)集團(tuán)煤炭化學(xué)工業(yè)分公司 研發(fā)中心，寧夏銀川750411)

抗沖共聚聚丙烯(PP)是一種用途廣泛的熱塑性高分子，具有密度小、結(jié)晶度高、電絕緣性優(yōu)良、耐腐蝕等特點(diǎn)，通過共混改性可獲得高韌性、高強(qiáng)度的PP 復(fù)合材料，這已成為目前研究的熱點(diǎn)［1－5］。B310F 是一種低流動(dòng)抗沖共聚聚丙烯產(chǎn)品，通常應(yīng)用于家用電器、家電配件、汽車配件和電池箱等注塑件，市場需求廣泛，加工性能優(yōu)良。本工作研究了熱處理作用對(duì)不同改性體系抗沖共聚聚丙烯B310F 力學(xué)性能的影響。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要原料與儀器

聚丙烯(PP)，牌號(hào)B310F，韓國SK 株式會(huì)社;聚烯烴彈性體(POE)，牌號(hào)LC670，韓國LG 化學(xué);滑石粉，牌號(hào)5800A(活化處理)、5800B，海城世京旗揚(yáng)實(shí)業(yè)有限公司。

雙螺桿擠出機(jī):SHJ －35，南京聚力化工;注塑機(jī):海天860/270，南京聚力化工機(jī)械有限公司;電熱鼓風(fēng)干燥箱:DHG －9145A，北京恒泰豐科實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司;萬能拉力機(jī):DXLL－10000，上海登杰機(jī)械設(shè)備有限公司;簡支梁沖擊試驗(yàn)機(jī):XJJ－5，承德金建檢測儀器有限公司;熔體流動(dòng)速率儀:URXRZ400A，吉林大學(xué)儀器廠;熱變形－維卡軟化點(diǎn)測定儀:XRW－300M，承德金建檢測儀器有限公司。

1.2 改性PP 材料的制備和熱處理

聚丙烯B310F 分別與POE、滑石粉5800A 和5800B 按照一定比例進(jìn)行預(yù)混合，然后在雙螺桿擠出機(jī)中進(jìn)行熔融擠出造粒。注塑樣條再置于烘箱中110℃熱處理1h，然后緩慢冷卻，20℃下放置48h后進(jìn)行測試。

1.3 性能測試

拉伸性能按照GB/T 1040.2 －2006 測試;沖擊性能按照GB/T 1843 －2008 測試，彎曲性能按照GB/T 9341 －2008 測試;熔體流動(dòng)速率(MFR)按照GB/T 3682 －2000 測試;熱變形溫度(HDT)按照GB/T 1634.2 －2004 測試，樣條水平放置，負(fù)荷0.45MPa。

2 結(jié)果與討論

2.1 不同改性體系對(duì)PP 力學(xué)性能的影響

不同添加劑改性聚丙烯B310F 的配方如表1所示。表2 是不同配方改性材料的性能測試結(jié)果。從表2 可以看出，2#樣品即添加20% POE 樣品的沖擊強(qiáng)度和斷裂標(biāo)稱應(yīng)變比未添加任何助劑的1#樣品顯著提高，但是，其拉伸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度和彎曲模量則明顯降低，這主要是聚烯烴彈性體對(duì)PP 起到了增韌的作用，同時(shí)卻降低了材料的剛性。而添加了滑石粉的3#和4#樣品與2#樣品恰恰相反，3#和4#樣品的拉伸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度和彎曲模量有所提高，但是沖擊強(qiáng)度和斷裂標(biāo)稱應(yīng)變急劇下降。這是由于滑石粉的加入提高了材料的剛性，卻損失了材料的韌性［6］。5#樣品添加了10%的POE 和10%滑石粉，結(jié)合了兩者性能的特點(diǎn)，沖擊強(qiáng)度和彎曲模量均有所提高，說明5#配方對(duì)材料起到了增韌增剛的雙重效果，其綜合性能最好。

表1 改性聚丙烯B310F 配方(質(zhì)量分?jǐn)?shù))Table 1 The formula of modified PP B310F

表2 不同配方改性聚丙烯材料的力學(xué)性能測試結(jié)果Table 2 Mechanical properties of the modified PP with different formula

此外，POE 和滑石粉的加入使得PP 的MFR 略微升高。POE 的加入使得PP 的HDT 有所降低，而添加滑石粉的改性PP 的HDT 則明顯提高，這說明滑石粉可以改善體系的耐熱性。5#樣品的HDT 為107℃，明顯高于1#樣品的92℃，這表明5#配方中相對(duì)于POE，體系中滑石粉的提高材料耐熱性的作用占據(jù)了主導(dǎo)地位。

2.2 熱處理對(duì)改性PP 力學(xué)性能的影響

2.2.1 熱處理對(duì)拉伸性能的影響

分別對(duì)5個(gè)樣品進(jìn)行熱處理，經(jīng)熱處理后PP 材料的拉伸性能如圖1 所示。可以看出，熱處理后PP材料的拉伸強(qiáng)度均有所提高。其中2#樣品的拉伸強(qiáng)度由18.4MPa 升高到20MPa。而2#樣品的斷裂標(biāo)稱應(yīng)變?cè)跓崽幚砗竺黠@降低，下降了約45%。3#和4#樣品的斷裂標(biāo)稱應(yīng)變則略有上升。5#樣品在添加了POE 和滑石粉后其斷裂標(biāo)稱應(yīng)變?cè)跓崽幚砬昂蠡颈３植蛔儭?/p>

2.2.2 熱處理對(duì)沖擊性能的影響

圖2 是熱處理前后PP 材料的沖擊性能。從中可以看出，熱處理對(duì)滑石粉改性的3#和4#樣品的沖擊強(qiáng)度有顯著提高作用。兩者的沖擊強(qiáng)度大約從15kJ/m2和提高到了26kJ/m2左右。這說明熱處理作用對(duì)提高滑石粉改性PP 材料的韌性起著重要作用。5#樣品經(jīng)熱處理后其沖擊強(qiáng)度也有所提高，提高了約7%。

圖1 熱處理對(duì)改性PP 拉伸性能的影響Fig.1 Effect of heat treatment on tensile properties of modified PP

圖2 熱處理對(duì)改性PP 沖擊性能的影響Fig.2 Effect of heat treatment on impact properties of modified PP

2.2.3 熱處理對(duì)彎曲性能的影響

熱處理前后PP 材料的彎曲性能如圖3 所示?？梢钥吹?，熱處理后改性PP 材料的彎曲強(qiáng)度雖略有降低，但其彎曲模量均有所提高，這說明熱處理作用對(duì)提高改性PP 材料的剛性起著一定的作用。5#樣品的彎曲模量大約從1180MPa 提高到1240MPa。

圖3 熱處理對(duì)改性PP 彎曲性能的影響Fig.3 Effect of heat treatment on bending properties of modified PP

經(jīng)過熱處理作用后，改性PP 的力學(xué)性能均有不同程度的提高，其中5#樣品的綜合性能最好。

2.3 熱處理對(duì)改性PP 熱變形溫度的影響

圖4 是熱處理對(duì)改性PP 材料熱變形溫度的影響。從圖4 可知，在經(jīng)過熱處理作用后5個(gè)樣品的熱變形溫度均大幅度提升。其中2#樣品提升得最為明顯，而5#樣品的HDT 從107℃升高到130℃。這一結(jié)果表明熱處理作用可以有效提高改性PP 材料的熱變形溫度，這對(duì)于改性PP 材料的后加工成型是有利的。

圖4 熱處理對(duì)改性PP 熱變形溫度的影響Fig.4 Effect of heat treatment on HDT of modified PP

3 結(jié)論

(1)POE 和滑石粉對(duì)PP 起到了增韌增剛的雙重效果，5#樣品的綜合性能最好。

(2)熱處理有利于提高改性PP 材料的力學(xué)性能。

(3)熱處理可以有效提高改性PP 材料的熱變形溫度，這有利于改性PP 材料的后加工成型。

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