聚丙烯改性復(fù)合材料的低光澤度研究

王偉其 任淑亭

1上海天原集團(tuán)有限公司（上海 200241）2山東道恩高分子材料股份有限公司（山東煙臺(tái) 264600）

聚丙烯（PP）是丙烯通過加聚反應(yīng)而成的聚合物。系白色蠟狀材料，外觀透明且質(zhì)輕?；瘜W(xué)式為（C3H6）n，密度為0.89～0.91 g/cm3，易燃，熔點(diǎn)為189℃，在155℃左右軟化，使用溫度范圍為-30～140℃。在80℃以下能耐酸、堿、鹽液及多種有機(jī)溶劑的腐蝕，能在高溫和氧化作用下分解。聚丙烯廣泛應(yīng)用于服裝、毛毯等纖維制品、醫(yī)療器械、汽車、自行車、零件、輸送管道、化工容器等生產(chǎn)，也用于食品、藥品包裝。為了適應(yīng)各個(gè)領(lǐng)域?qū)郾┎牧系男阅芤?，在工業(yè)生產(chǎn)中常常對(duì)聚丙烯進(jìn)行改性。改性方法分為化學(xué)改性與物理改性，其中化學(xué)改性有共聚改性、接枝改性和交聯(lián)改性；物理改性有填充改性、共混改性和增強(qiáng)改性。針對(duì)不同的性能要求，選擇合適的改性方式得到的復(fù)合材料能應(yīng)對(duì)各種條件下對(duì)材料的性能要求。

隨著人們生活質(zhì)量的提高和工業(yè)水平的發(fā)展，對(duì)材料的性能提出更多的要求。特別是在汽車行業(yè)蓬勃發(fā)展的今天，汽車企業(yè)之間競(jìng)爭(zhēng)日益激烈，開發(fā)出性價(jià)比高的汽車成為影響企業(yè)發(fā)展的重大因素。聚丙烯材料是原料易得、性價(jià)比高且在汽車上用量最大的材料，因此，如何開發(fā)低光澤的聚丙烯材料降低整車的塑料感，從而提升汽車內(nèi)飾的感官質(zhì)量，成為汽車企業(yè)和原材料供應(yīng)商需要共同攻克的難題之一。通過對(duì)改性PP復(fù)合材料各組分進(jìn)行對(duì)照試驗(yàn)，篩選實(shí)驗(yàn)結(jié)果，總結(jié)實(shí)驗(yàn)規(guī)律，為制備不同光澤度要求的改性聚丙烯材料的配方設(shè)計(jì)提供指導(dǎo)。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)原料

均聚聚丙烯（PP 1～3）、共聚聚丙烯（PP 4～14），中國(guó)石油化工股份有限公司。1 000目滑石粉（平均粒徑為13μm），Talc 1～3；2 000目滑石粉（平均粒徑為6.5μm），Talc 4～6；3 000目滑石粉（平均粒徑為4.3μm），Talc 7～10：旭豐粉體原料有限公司。聚烯烴彈性體POE 1～7，韓國(guó)LG化學(xué)公司、SK集團(tuán)、陶氏化學(xué)公司。黑色母1～3，青島潤(rùn)興塑料新材料有限公司?？寡鮿?～2，利安隆（中衛(wèi)）新材料有限公司。潤(rùn)滑劑，巴斯夫股份公司。

1.2 儀器與設(shè)備

MT536雙螺桿擠出機(jī)，江蘇美芝隆機(jī)械有限公司；UN320SK注塑機(jī)，伊之密精密機(jī)械股份有限公司；KSJ MG268-F2光澤度測(cè)試儀，泉州科仕佳光電儀器有限公司。

1.3 試樣制備

將PP主料、滑石粉、POE、黑色母及助劑按一定比例混合，經(jīng)高混機(jī)混合均勻，雙螺桿各段溫度為190～220℃，螺桿轉(zhuǎn)速300 r/min，在一定進(jìn)料速率下將物料擠出、拉條，經(jīng)水冷切粒，得到改性PP料粒。將所得到的改性PP料粒在80～85℃下干燥4 h后，用注塑機(jī)在190～200℃下注塑成YUKON皮紋板。皮紋板放置24 h后，采用光澤度測(cè)試儀對(duì)其皮紋面進(jìn)行測(cè)試。

1.4 性能測(cè)試

每個(gè)樣品取3塊皮紋板，在每塊皮紋板上取3個(gè)點(diǎn)，采用入射角為60°測(cè)試光澤度，記錄數(shù)據(jù)，取平均值。

2 結(jié)果與討論

2.1 PP結(jié)晶度與光澤度的關(guān)系

將不同型號(hào)的PP原料與同一黑色母混合擠出造粒，經(jīng)過注塑機(jī)注塑得到Y(jié)UKON皮紋板，用光澤度儀測(cè)試數(shù)據(jù)，取平均值，并采用差示掃描量熱法（DSC）測(cè)試不同型號(hào)PP的結(jié)晶度，結(jié)果如表1和圖1所示。

表1 不同型號(hào)PP的結(jié)晶度及光澤度

圖1 不同型號(hào)PP結(jié)晶度與光澤度的曲線擬合圖

從表1可以看出，均聚PP的光澤度整體比共聚PP高，可解釋為均聚PP的結(jié)晶度比共聚PP高，更高的結(jié)晶度導(dǎo)致了更為規(guī)整的分子排列，從而材料表面更利于反射光線，得到更高的光澤度。由此，可得出降低材料結(jié)晶度可降低光澤度的結(jié)論。綜合不同型號(hào)PP的其他性能，選用共聚PP13作為下一步實(shí)驗(yàn)的PP主料。

從圖1可以看出，結(jié)晶度與光澤度的散點(diǎn)圖大致呈線性關(guān)系，對(duì)散點(diǎn)圖進(jìn)行線性擬合，得到線性方程：

其中：y代表光澤度，x代表結(jié)晶度。

2.2 滑石粉對(duì)光澤度的影響

2.2.1 添加不同目數(shù)的滑石粉對(duì)光澤度的影響

將共聚聚丙烯PP13、不同型號(hào)及目數(shù)的滑石粉按80∶20的比例與同一黑色母混合擠出造粒，經(jīng)過注塑機(jī)注塑得到Y(jié)UKON皮紋板，測(cè)試光澤度和力學(xué)性能，結(jié)果如表2所示。

表2 PP13與不同目數(shù)及型號(hào)滑石粉配比材料的光澤度及力學(xué)性能

從表2可以看出，加入滑石粉可大幅度降低復(fù)合材料的光澤度，且滑石粉目數(shù)對(duì)降低光澤度沒有太大影響。這是因?yàn)榧尤胩畛洳牧洗蠓冉档土瞬牧系慕Y(jié)晶度，導(dǎo)致光澤度降低。加入滑石粉的改性材料與原材料相比，拉伸強(qiáng)度基本保持不變，彎曲強(qiáng)度略有提高，但沖擊強(qiáng)度減半。同時(shí)，滑石粉還能起到降低成本的作用。綜合考慮，選用Talc9作為后續(xù)實(shí)驗(yàn)的滑石粉填充材料。

2.2.2 添加不同份數(shù)滑石粉對(duì)光澤度的影響

將共聚聚丙烯PP13、不同份數(shù)的滑石粉按95∶5，90∶10，80∶20，70∶30比例與同一黑色母混合擠出造粒，經(jīng)過注塑機(jī)注塑得到Y(jié)UKON皮紋板，測(cè)試光澤度和力學(xué)性能，結(jié)果如表3所示。

表3 PP13與不同份數(shù)Talc9配比材料的光澤度及力學(xué)性能

從表3可以看出，隨著Talc9添加份數(shù)的增加，材料的光澤度呈下降趨勢(shì)，且材料的拉伸強(qiáng)度增加、彎曲強(qiáng)度增加、沖擊強(qiáng)度降低。這是因?yàn)殡S著滑石粉份數(shù)的增加，材料的結(jié)晶度降低、光澤度降低，且材料的強(qiáng)度增加、韌性降低，表現(xiàn)為拉伸強(qiáng)度增加、彎曲強(qiáng)度增加、沖擊強(qiáng)度降低。

2.3 POE對(duì)光澤度的影響

2.3.1 添加不同型號(hào)的POE對(duì)光澤度的影響

將共聚聚丙烯PP13、Talc9滑石粉、不同型號(hào)的POE按74∶20∶6與同一黑色母混合擠出造粒，經(jīng)過注塑機(jī)注塑得到Y(jié)UKON皮紋板，測(cè)試光澤度和力學(xué)性能，結(jié)果如表4所示。

表4 PP13、Talc9滑石粉與不同型號(hào)POE配比材料的光澤度及力學(xué)性能

從表4可以看出，加入不同種類的POE對(duì)材料的光澤度沒有太大影響，但拉伸強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度略有降低，沖擊強(qiáng)度略有升高。綜合來(lái)看，添加POE6的材料光澤度較低且力學(xué)性能較好。這是因?yàn)樘砑拥腜OE份數(shù)較少，對(duì)材料的結(jié)晶度沒有太大影響，且小幅度提高了材料的韌性，表現(xiàn)為拉伸強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度略有降低，沖擊強(qiáng)度略有升高。

2.3.2 添加不同份數(shù)POE6對(duì)光澤度的影響

將共聚聚丙烯PP13、Talc9滑石粉、不同份數(shù)的POE6按74∶20∶6，71∶20∶9，68∶20∶12與同一黑色母混合擠出造粒，經(jīng)過注塑機(jī)注塑得到Y(jié)UKON皮紋板，測(cè)試光澤度和力學(xué)性能，結(jié)果如表5所示。

表5 PP13、Talc9滑石粉與不同份數(shù)POE6配比材料的光澤度及力學(xué)性能

從表5可以看出，隨著POE6添加份數(shù)的增加，材料光澤度呈下降趨勢(shì)，拉伸強(qiáng)度降低、彎曲強(qiáng)度降低、沖擊強(qiáng)度大幅度提升。這是因?yàn)殡S著POE份數(shù)的增加，POE對(duì)材料結(jié)晶度的影響也在增大，所以材料的結(jié)晶度下降；材料韌性大幅度提升、強(qiáng)度降低，表現(xiàn)為拉伸強(qiáng)度降低、彎曲強(qiáng)度降低、沖擊強(qiáng)度大幅度提升。

2.4 添加不同型號(hào)黑色母對(duì)光澤度的影響

將共聚聚丙烯PP13與不同型號(hào)黑色母混合擠出造粒，經(jīng)過注塑機(jī)注塑得到Y(jié)UKON皮紋板，測(cè)試光澤度，結(jié)果如表6所示。

表6 PP13與不同型號(hào)黑色母配比材料的光澤度

從表6可以看出，加入黑色母可降低材料的光澤度，且不同型號(hào)黑色母對(duì)材料光澤度的影響不大。

3 結(jié)論

（1）大部分共聚PP的光澤度比均聚PP要低；

（2）PP的結(jié)晶度與光澤度呈線性關(guān)系，可通過降低材料結(jié)晶度的方法降低光澤度；

（3）隨著滑石粉添加份數(shù)的增加，材料的光澤度呈下降趨勢(shì)，且拉伸強(qiáng)度增加、彎曲強(qiáng)度增加、沖擊強(qiáng)度降低；

（4）隨著POE添加份數(shù)的增加，材料的光澤度呈下降趨勢(shì)，且拉伸強(qiáng)度降低、彎曲強(qiáng)度降低、沖擊強(qiáng)度大幅度提升。

通過總結(jié)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，在保持力學(xué)性能的條件下得到復(fù)合材料PP13+Talc9+POE6的配方，其光澤度可達(dá)到1.5。