PP/HDPE/POE復合材料的制備及性能研究

李利娜，李菲，王國鋒，程杰，崔景強*

PP/HDPE/POE復合材料的制備及性能研究

李利娜1，李菲2，王國鋒2，程杰2，崔景強2*

（1. 河南駝人醫療器械集團有限公司，河南 新鄉 453400；2. 河南省醫用高分子材料技術與應用重點實驗室，河南 新鄉 453400）

采用熔融共混法制備PP/HDPE/POE復合材料，研究了HDPE和POE的加入對PP的流動性能、力學性能、熱力學性能和流變性能的影響，確定了最優三元共混體系。結果表明：在PP/HDPE體系中，隨著HDPE的增加，材料的流動性能變好，斷裂伸長率先增大后降低，添加量為5%時，力學性能最優；在三元共混體系中，當POE的添加量為15%時，材料的力學性能最優，因此最優體系為PP/5%HDPE/15%POE，當POE繼續增多時，復合材料出現了宏觀相分離。

PP；HDPE；POE；力學性能；流變性能

聚丙烯具有衛生無毒、易成型加工、能夠避免使用過程中的醫源性交叉感染等特點，因此廣泛應用于一次性醫療器械，如一次性注射器、輸血管、輸液管等[1]。由于其存在韌性差、低溫脆性高等缺點，醫用聚丙烯在韌性要求高、低溫使用的醫用制品上的應用受到了限制[2-3]。因此，為了適用醫用制品的低溫韌性要求，需對醫用聚丙烯進行增韌改性的研究。

目前主要通過向PP中加入橡膠或彈性體進行增韌改性，彈性體POE由于具有優異的機械強度和高彈性[4-8]，且生產工藝成熟，因此常用于PP的增韌改性。僅加入橡膠或彈性體雖然可以提高PP的韌性，但是其拉伸強度會下降，同時橡膠、彈性體與基體之間較差的相容性又進一步減弱了其增韌效果[9-10]。通過在二元共混體系中加入熱塑性塑料、剛性粒子等構建三元共混體系能夠在提高PP韌性的同時，保證PP材料的剛性，提高分散相之間的相容性[11-14]。高密度聚乙烯具有耐酸堿、高強度和高耐磨性等優點[15]，在二元共混體系中加入HDPE不僅能夠提高PP材料的剛性，而且可以改善共混體系的加工性能。陳延安[16]等研究發現采用HDPE/POE體系對PP進行增韌改性的效果要優于純POE體系的增韌效果。

本文通過加入HDPE和POE對PP進行增韌改性，采用熔融共混法制備了PP/HDPE/POE復合材料，研究了不同添加量的HDPE和POE對PP的加工性能、力學性能、熱力學性能和流變性能的影響，確定了最優三元共混體系，得到了滿足韌性要求的醫用復合材料。

1 實驗部分

1.1 原料

PP，M800E，無規共聚，食品級，上海石油化工股份有限公司；HDPE，8008，食品級，獨山子石化；POE，DF640，食品級，三井化學株式會社。

1.2 儀器與設備

高速混合機，SHR-50A，張家港市科培達機械有限公司；雙螺桿擠出造粒機組，SASJ20，東莞市圣安塑料機械有限公司；注塑機，DRV4-55T，深圳市德潤機械有限公司；熔體流速測試儀，GH-400，東莞市國泓儀器有限公司；萬能試驗拉伸機，EUT6502，深圳三思檢測技術有限公司；擺錘式沖擊試驗機，XJCU5.5，承德市聚緣檢測設備制造有限公司；差示掃描量熱儀，DSC25，美國TA有限公司；旋轉流變儀，DHR-1，美國TA儀器有限公司。

1.3 復合材料制備

復合材料制備配方如表1所示。

表1 復合材料制備配方

按照表1配比將各組分在高混機中混合均勻，然后放于雙螺桿擠出造粒機中，熔融共混，造粒，得到復合材料。將得到的復合材料在80 ℃下烘4 h，然后在注塑機上制備標準力學樣條。

1.4 復合材料性能測試

流動性能測試：熔體質量流動速率按照標準GB/T 3682.1—2018進行測試，測試溫度為230 ℃，負載為2.16 kg，取樣間隔均為10 s。

力學性能測試：拉伸性能按照GB/T 1040進行測試，拉伸速度50 mm·min-1；缺口沖擊強度按照GB/T 1043進行測試。

熱力學性能測試：采用差示掃描量熱分析儀測定材料的熱力學性能，測試條件為以10 ℃·min-1的速率升溫至205 ℃，保持4 min，再以10 ℃·min-1的速率降溫至25 ℃，保持4 min，最后再以10 ℃·min-1的速率升溫至205 ℃。

流變性能測試：采用平行板的方式對樣品進行流變性能測試，在210 ℃、0.5%的應變下進行動態頻率掃描，掃描頻率范圍為0.1～100 rad·s-1。

2 結果與討論

2.1 流動性能及力學性能

不同添加量HDPE和POE對復合材料流動性能及力學性能的影響如圖1所示。

從圖1（a）中可以看出，在PP/HDPE共混體系中，隨著HDPE的加入熔體流速逐漸增大，材料的流動性能增強。這是由于HDPE的熔體黏度低于PP，流動性好，HDPE的加入減少了PP分子鏈間的纏繞，分子間作用力降低。在三元共混體系中，POE的增加使材料的熔體流速逐漸減小，流動性能變差。

從圖1（b）、圖1（c）和圖1（d）可以看出，在PP/HDPE共混體系中，隨著HDPE的增多，材料的拉伸強度和沖擊強度變化不大，斷裂伸長率先增大后減小，當HDPE的添加量為5%時，斷裂伸長率最大。因此在三元共混體系中，將HDPE的添加量定為5%。隨著POE的增多，材料的拉伸強度逐漸降低，斷裂伸長率先增大后減小，沖擊強度逐漸增大，當POE的添加量為15%時，斷裂伸長率最大。綜合HDPE和POE對復合材料流動性能和力學性能的影響，最優共混體系為PP/5%HDPE/15%POE。

2.2 熱力學性能

復合材料的DSC結晶參數如表2所示。從表2可以看出，POE的加入對復合材料的熔融溫度和結晶溫度影響不大，其結晶性能沒有太大變化。

表2 復合材料的DSC結晶參數

2.3 流變性能

復合材料的流變性能如圖2所示。

從圖2（a）和圖2（b）中可以看出，隨著POE的增多復合材料的儲能模量、損耗模量逐漸增大，這是由于POE自身的長鏈結構和PP/HDPE的鏈段纏結在一起，增大了分子鏈段運動時的阻力，因此儲能模量和損耗模量增大。分子鏈的纏結有助于材料斷裂伸長率的提高，但是當POE的添加量為20%時，材料的斷裂伸長率開始下降，此時復合材料出現了宏觀的相分離，圖2（c）和（b）中復合材料的Cole-Cole曲線和Han曲線印證了這一點，Cole-Cole曲線已經偏離了圓弧形，Han曲線的斜率逐漸降低，呈現典型的非均相特性。

3 結 論

1）在PP/HDPE共混體系中，當HDPE的添加量為5%時，復合材料的力學性能最優。

2）在三元共混體系中，隨著POE的增多，復合材料的流動性能變差，拉伸強度逐漸降低，沖擊強度逐漸增大，斷裂伸長率先增大后降低，當POE添加量為15%時，斷裂伸長率最大，因此最優共混體系為PP/5%HDPE/15%POE。

3）POE的增加導致分子鏈間的纏結程度逐漸增強，儲能模量和損耗模量隨之增加。當POE的添加量高于20%時，復合材料出現了宏觀相分離。

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Preparation and Properties of PP/HDPE/POE Composites

1,2,2,2，2*

（1. Henan Tuoren Medical Instrument Group Co., Ltd., Xinxiang Henan 453400, China;2. Henan Key Laboratory of Medical Polymer Materials Technology and Application, Xinxiang Henan 453400, China）

PP/HDPE/POE composites were prepared by melt blending. The effects of the addition of HDPE and POE on the fluidity, mechanical properties, thermodynamic properties and rheological properties of PP were studied, and the optimal ternary blend system was determined. The results showed that in PP/HDPE system, with the increase of HDPE, the fluidity of the material became better, the tensile strength and the notch impact strength changed little, and the elongation at break first increased and then decreased. When the amount of HDPE was 5%, the mechanical properties were the best. In the ternary blend system, when the content of POE was 15%, the mechanical properties of the material were the best, so the optimal system was PP/5% HDPE/15% POE. When POE continued to increase, the composite appeared macroscopic phase separation.

PP; HDPE; POE; Mechanical properties; Rheological properties

2021-11-11

李利娜（1991-），女，河南省鄭州市人，碩士，2018年畢業于鄭州大學化學工藝專業，研究方向：高分子材料改性技術。

崔景強（1979-），男，高級工程師，博士，研究方向：高分子材料改性的研究與開發。

TQ334.1

A

1004-0935（2022）06-0753-04