聚丙烯共混物流變學(xué)研究現(xiàn)狀

摘 要：聚丙烯共混物流變學(xué)的研究對(duì)聚丙烯合成、加工及發(fā)泡等具有重要的意義，綜述了目前聚丙烯共混物流變學(xué)方面的研究現(xiàn)狀，重點(diǎn)討論了聚丙烯共混物流變學(xué)研究動(dòng)態(tài)，并對(duì)聚丙烯基復(fù)合材料流變學(xué)的發(fā)展趨勢(shì)和應(yīng)用前景作了展望。

關(guān)鍵詞：聚丙烯；共混；流變學(xué)；研究現(xiàn)狀

聚丙烯作為五大合成塑料之一，來源豐富價(jià)格低廉，質(zhì)量輕，力學(xué)性能優(yōu)異，加工性好，化學(xué)穩(wěn)定性和電絕緣性良好，被廣泛應(yīng)用在汽車工業(yè)、生活用品、化工和包裝材料等領(lǐng)域。但是，為更好地滿足市場(chǎng)需求及提高產(chǎn)品質(zhì)量，需不斷改進(jìn)聚丙烯的合成與加工方法。聚丙烯及其共混物的流變學(xué)可以指導(dǎo)聚合，對(duì)聚丙烯共混材料的加工性能、反應(yīng)共混機(jī)理解析、分析反應(yīng)機(jī)制、合理選擇加工工藝條件、指導(dǎo)配方設(shè)計(jì)及規(guī)?；a(chǎn)均具有重要的意義[1，2]。

1 聚丙烯變學(xué)研究

聚丙烯相對(duì)于其它通用塑料分子量低、力學(xué)性能主要是沖擊性能差、熔體強(qiáng)度低、耐熱性和模量較低，因而不能直接用作高性能工程塑料?；诖藢?duì)聚丙烯的改性研究成為研究熱點(diǎn)，而流變學(xué)分析是檢測(cè)與指導(dǎo)加工性能的有效方法。

王晶[3]等利用Rheotens71.97型擠出式熔體拉伸流變儀同小中空HHM5502聚乙烯比較，研究聚丙烯基料，PPB、PPR和PPB-G三種樹脂拉伸流變行為。結(jié)果表明：熔體強(qiáng)度分析得到PPR約是PE HHM5502的4倍，而PPR較小約為PE HHM5502的0.2倍，因PPR易出現(xiàn)“頸縮”；拉伸應(yīng)力比較，在拉伸比2以下時(shí)，PPR和PPB-G拉伸應(yīng)力均高于PE HHM5502，但PPB的拉伸應(yīng)力卻小于PE HHM5502；拉伸粘度比較PPR和PPB-G拉伸延展性差，PE HHM5502較好。

馮鈉[4]等采用英國馬爾文RH200型毛細(xì)管流變儀分析PP/滑石粉/PP-g-MAZn三元復(fù)合材料流變行為。結(jié)果說明：在210℃下，隨著剪切速率增加，剪切應(yīng)力增大，固定剪切速率時(shí)，剪切應(yīng)力PP/滑石粉>PP/滑石粉/PP-g-MAZn>PP；表觀粘度隨著剪切應(yīng)力的增加，表觀粘度降低，固定剪切速率時(shí)，表觀粘度PP/滑石粉>PP/滑石粉/PP-g-MAZn>PP；PP-g-MAZn添加量增加，表觀粘度變化不大；粘流活化能隨著剪切速率增肌而減小。

曹艷霞[5]使用流變擴(kuò)展系統(tǒng)（Advanced Rheometric Expansion System，ARES），研究不同輻照劑量動(dòng)態(tài)流變行為。結(jié)果表明：在180℃下PP隨著輻照劑量增加復(fù)數(shù)黏度逐漸降低；三元乙丙橡膠（EPDM）體系隨著輻照劑量增加在低頻粘度逐漸增加，高頻區(qū)結(jié)果相反；PP、EPDM1和EPDM2分別不同劑量輻照，PP 的G'和G''大幅降低，而EPDM1和EPDM2出現(xiàn)典型類固態(tài)特征；EPDM1從50KGy變化到200KGy時(shí)凝膠含量從35%增加到88%，而；EPDM150～150KGy無凝膠，200KGy凝膠含量達(dá)到61%；張德強(qiáng)[6]等采用平板流變儀對(duì)PP/SEBS共混物進(jìn)行動(dòng)態(tài)頻率掃描。得到低頻時(shí)，隨著SEBS含量增加G'增加并出現(xiàn)“第二平臺(tái)”是兩相不容體系中島的松弛，連續(xù)相結(jié)構(gòu)中形成相互貫穿的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)（IPN）符合“冪律”特征，說明SEBS添加量增加，PP/SEBS共混物油不相容逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)殡p連續(xù)互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

2 無機(jī)納米粒子/聚丙烯共混物流變學(xué)研究

無機(jī)納米粒子是介于宏觀固體和分子間的亞穩(wěn)態(tài)物質(zhì)。具有滑動(dòng)性好、耐酸堿、熱膨脹系數(shù)小、耐高溫、有光澤、物理化學(xué)性能穩(wěn)定等特點(diǎn)，且無機(jī)納米材料的高比表面積使其具有很多優(yōu)異性能，可用于多種高分子材料的共混改性。

宗原[7]等采用旋轉(zhuǎn)流變儀對(duì)石墨填充聚丙烯體系的流變性為進(jìn)行研究。結(jié)果表明：石墨添加量從0～18wt%，G'斜率從1.32～0.24，出現(xiàn)第二平臺(tái)，體系由類液態(tài)轉(zhuǎn)變成類固態(tài)；Cole-Cole曲線基于Maxwell模型理論基礎(chǔ)，當(dāng)石墨含量較低時(shí)，呈半圓形，隨著石墨添加量增加，呈雙圓弧現(xiàn)象且愈加明顯，判斷石墨在聚丙烯基體內(nèi)形成類似三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，并可通過添加量的多少來調(diào)控網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的大小及致密性，進(jìn)而調(diào)節(jié)加工性能。

劉晶如[8]等采用平行板直徑25mm，板間距為1mm的旋轉(zhuǎn)流變儀并在震蕩模式下測(cè)量不同組成的納米ZnO/PP共混復(fù)合材料的流變性為進(jìn)行測(cè)試。結(jié)果表明：隨ZnO含量增加，由于ZnO在PP分子鏈中滑移和ZnO團(tuán)聚雙重原因?qū)е娄?先下降后上升；加入偶聯(lián)劑后，s-ZnO/PP共混物體系粘度在一定范圍內(nèi)高于未加偶聯(lián)劑體系，說明硬質(zhì)酸鈉偶聯(lián)劑起到：（1）提高界面作用力；（2）減少分子鏈滑移；當(dāng)ZnO質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于10%后s-ZnO/PP共混物粘度低于未加偶聯(lián)劑體系，說明偶聯(lián)劑可抑制納米納米ZnO發(fā)生團(tuán)聚。

3 結(jié)束語

隨著生產(chǎn)力不斷進(jìn)步，對(duì)聚烯烴特別是聚丙烯共混物的性能要求也越來越高。因此，對(duì)聚合物加工性能、反應(yīng)共混工藝條件、最優(yōu)配方的選取、發(fā)泡工藝的確定和分析加工過程具有重要的理論和實(shí)際意義。目前對(duì)聚丙烯及其共混物流變學(xué)的研究具有廣闊的發(fā)展空間，尤其是在線性粘彈區(qū)外聚合物的流變特性更為復(fù)雜多變，對(duì)理論水平和實(shí)踐的要求更高，其應(yīng)用前景將不斷拓寬。

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*通訊作者：劉宇光（1963，09-），男，2009年獲哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)博士學(xué)位，研究員，博士，主要研究方向：材料改性及輻射合成。