高流動性高模量聚丙烯的制備

楊儷辰YANG Li-chen

（南京協贏企業咨詢管理有限公司，南京210000）

0 引言

聚丙烯（PP）具有密度低、機械性能較優異、還有良好的耐應力龜裂、耐疲勞屈服和耐化學品性能、而且有價格便宜、易加工成型、無毒、易回收、可循環利用等優點，獲得了廣泛的應用，特別是在汽車工業、家電及機械領域的應用不斷加大。在汽車領域，由于節能和環保的要求，對于汽車輕量化的呼聲越來越高，而在所有塑料中，聚丙烯的成本最低，密度最小，故聚丙烯是汽車中用量最多的高分子材料，汽車上保險杠、儀表板、輪罩、門板、發動機罩、空調外殼、中控臺、喇叭蓋等許多零件都是用改性聚丙烯生產的。據統計，一輛小轎車上聚丙烯的用量有幾十公斤，而且其用量正呈現逐年上升趨勢。聚丙烯改性料的模量高低對聚丙烯改性料在氣場上的應用具有很大的影響，同時也是保證產品質量的一個重要方面。改性料流動性的高低對注塑成件方面有著很大的影響。本文就將探討一種具有高流動性和模量的改性聚丙稀及其制備方法。

1 實驗部分

1.1 主要原料

聚丙烯 PP：9829，北京燕山石化公司；POE：8150，美國陶氏化學公司；EPDM：美國杜邦公司；鈦酸酯偶聯劑：市售；硬脂酸鋅：湖南省邵陽縣有機化工廠；抗氧劑：臺灣齊巴；滑石粉：泉州旭豐粉體原料有限公司。

1.2 主要設備

高速混合機，SH140，張家港白熊科美機械有限公司；雙螺桿擠出機，SHJ-50，南京廣達化工設備有限公司；注塑機，JN88-E，震雄機械有限公司。

1.3 樣品制備

試樣制備、檢測工藝流程圖見圖1。

圖1 試樣制備、檢測工藝流程圖

擠出工藝：擠出溫度195-230℃；注塑工藝：注射溫度210℃，注射壓力70MPa，注射速率60g/s，注射時間6s。造粒后的粒料在90℃下干燥5個小時，然后在注塑機中注塑成試樣。

1.4 性能檢測 彎曲性能按GB/T9341-2000進行測試，沖擊性能按GB/T1843-1996進行測試，熔融流動速率按GB/T3682-2000進行測試。

2 結果與討論

2.1 鈦酸酯偶聯劑對聚丙烯改性料熔體流動速率的影響 首先做了一組對比實驗，以此來考察滑石粉的加入對純PP熔體流動速率的影響，在一定量的PP中分別加入30份滑石粉，30份滑石粉和鈦酸酯偶聯劑，與相同量的純PP進行對比，可發現加入30份滑石粉的熔體流動速率變小，流動性變差，成形性變差。另外，在含有30份滑石粉的一定量的PP用鈦酸酯偶聯劑進行處理，熔體流動速率可從0.87g/min增加至3.40g/min，說明鈦酸酯的歐聯作用提高了PP與滑石粉的相容性，增加了流動性能，成形性變好，有利于注塑。

2.2 不同增韌劑對聚丙烯改性料的影響

2.2.1 溶體流動速率 由實驗可知，隨著POE含量的增加，熔體流動速率呈下降趨勢，表明隨著POE含量的增加，體系加工性能變差。這是由于POE本身熔體流動速率較低，它的加入使得共混體系的內摩擦阻力增大，導致聚合物分子鏈之間的相對運動困難，從而降低了整個體系的流動性。按照流變學的原理，混合時POE以微小的液滴分散在PP熔體中，PP連續相剪切場中小液滴的存在擾亂了流線，因此使體系耗散額外的能量，這種額外的能量耗散則表現在整個體系的黏度增加及MFR的下降。另外，通過實驗亦可看出，使用相同量的POE和EPDM，POE體系的MFR高于EPDM的，進一步說明了用POE改性PP的優勢。

2.2.2 沖擊強度 隨著POE含量的增加，沖擊強度呈平穩略上升趨勢，且當POE含量達到10%以上，呈陡然上升趨勢，表現出明顯的增韌效果，同樣的，對于EDPM，當含量達到15%時，沖擊強度陡然上升，增韌效果明顯，由此可得，為達到相同增韌效果，POE用量少于EPDM。

2.2.3 斷裂伸長率 隨著POE含量的增加，體系的斷裂伸長率在不斷上升，且當質量分數達到10%時，其體系斷裂伸長率呈現陡然上升狀態，同樣的，隨著EPDM含量的增加，斷裂伸長率呈上升趨勢，當質量分數達到15%時，呈現出陡然上升趨勢。由此可見，加入相同分量的POE的增韌效果遠大于EPDM的。

2.2.4 彎曲彈性模量 隨著POE，EPDM含量的增加，體系的彎曲彈性模量在不斷上升。

綜上所述，為了獲得更好效果的改性PP，將選用10%的POE。

2.3 滑石粉粒徑及用量對改性PP的影響 滑石粉種類繁多。為了研究滑石粉的粒徑對改性PP的性能有何影響，我們分別選用了3000目，2000目，1000目的3種滑石粉作為研究對象。

從各項實驗數據可以看出，滑石粉的粒徑越小，越具有更大的比表面積，在體系的共混效果越好，對應力的分散就越好。因此，加入粒徑為3000目的滑石粉的改性PP性能最好。

由實驗數據可見，隨著滑石粉用量的增加，改性PP的缺口沖擊強度降低，而彎曲彈性模量提高；同理，隨著滑石粉用量的增加，改性PP的MFR和拉伸強度均降低，而彎曲強度卻有所提高。綜合各項數據來看，當滑石粉的質量分數為24%時，改性PP的綜合性能相對較好。

2.4 潤滑劑對PP/POE體系的影響 做一組對比實驗可得，潤滑劑的加入可以大大提高彎曲模量及熔體流動速率，說明潤滑劑起到了降低分子間力的作用，使得分子的運動容易，因而對外應力的響應快。因此，為了達到更好的改性效果，在PP/POE體系中添加適量的潤滑劑。

3 結論

①相較于純PP體系，加入質量分數為24%，粒徑為3000目的滑石粉，改性PP的綜合性能相對較好。②將PP+滑石粉的體系用鈦酸酯偶聯劑處理，科大大提高體系的熔體流動速率，增加了流動性，使體系的成形性變好，有利于注塑。③根據不同增韌劑對聚丙烯改性料影響的探討，可得PP/POE體系的綜合性能均好于PP/EPDM體系，且當POE含量在達到10%的時候，綜合性能最好。④在PP/POE體系中添加適量的潤滑劑科大大提高體系的彎曲模量及熔體流動速率，以達到更好的改性效果。

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