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乐通lt118-开炼机:PP增韧及PP、PE共混改性

发布时间:2019-08-02 23:18:00 点击:    关键词:密炼机,捏炼机,开炼机,橡胶机械

开炼机,密炼机,捏炼机,橡胶机械

泰州科德橡胶机械-开炼机密炼机捏炼机厂家2019年8月2日讯  PE 增韧P P 的效果取决于共混物中PE 的用量, 当PE 质量分数达到25%~40 %时, 共混物既有良好的韧性和拉伸强度,又有较好的加工性能。使用橡胶或者热望性弹性体与PP共混增韧效果最为明显。但由于随着弹性体用量的增加,体系在冲击强度大幅提高的同时也出现了刚性等性能的损失。此外,还就近年发展起来的无机刚性粒子增韧PP的研究工作进展和机理研究情况作了先容。

聚丙烯(PP)是通用热塑性树脂中增长最快的品种之一,广泛应用于工业生产的各个领域。PP生产工艺简单,价格低廉,有着优异的综合性能。而其亟待克服的最为突出的缺点是它的缺口敏感性显著,即缺口冲击强度较低,尤其在低温时更为突出,因此在实际应用中需要进行增韧。PP共混增韧方法以其效果显著、工业化投资少且迅速易行等特点而广为应用。共混增韧改性是指用其他塑料或弹性体等作为改性剂与PP共混,以此改善PP的韧性。常用的改性材料主要分为塑料、橡胶或弹性体以及无机刚性粒子等几类。

1.塑料增韧PP体系

采用塑料类作为PP增韧的改性剂.不仅可以达到增韧的目的,而且可使材料的耐磨性、染色性等得到改善,且价格较为低廉。应用较多的有高密度聚乙烯(HDPE)、线型低密度聚乙烯(ILDPE)、乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)、聚氯乙烯、聚酰胺(PA)等。但由于他们与PP的不相容性,要使体系达到较高的韧性往往需要加大改性剂用量或添加相容剂。

1.1 PP/聚乙烯(PE)1.1.1  高密度聚乙烯结构、性能及应用

高密度聚乙烯(HDPE)是在每1000个碳原子中含有不多于5个支链的线型分子所组成的聚合物。在所有各类聚乙烯中,HDPE的模量最高,渗透性最小,有利于制成中型或大型的装运液体的容器。HDPE的渗透率低,耐腐蚀,并具有良好的刚度,使其适于作管材。HDPE良好的拉伸强度使其适于制作短期载重用膜,如购物袋等。HDPE良好的劲度、耐久性和质轻的特性,适于制作商业和运输业常用的周转箱、码垛托盘和提桶及药品瓶、化妆品瓶和一般容器,也可用以制作玩具。HDPE的玻璃化温度低,热扰曲温度高,劲度合适且韧性好,可以做非结构性的户外用品。利用HDPE片材的耐化学性和隔潮性作液体和固体废物坑的内衬:以防止污物扩散,HDPE片材代替木材作为运货车及海运时的底版、搁架,防止货车及船体的磨损和货物的碰撞。

1.1.2  线性低密度聚乙烯的结构、性能及应用

线性低密度聚乙烯(LLDPE)包括乙烯.1.烯烃共聚物系列,刚度类似于HP—LDPE的透明物料和具有类似HDPE特性的硬质不透明物料。共聚单体的类型和含量不同,使LLDPE具有不同的结晶度,不同的密度和模量。LLDPE具有优良的韧性,即有很好的抗撕裂强度、抗冲击强度及抗穿刺性,有利于减薄厚度,重点用于对清晰度要求不高的许多包装和非包装用途,包括冷冻食品袋、重包装袋、购物袋、垃圾袋、拉伸包装膜、科学探测气球等。农业上,LLDPE大量用于棚膜和地膜。茂金属催化生产的LLDPE比通用LLDPE膜具有更高的清晰度和抗冲击性,含有少量长支链的m.LLDPE膜,具有更高的抗撕裂强度。

1.1.3 聚丙烯/聚乙烯共混体系的研究

PE增韧PP,是最常用、最经济,也是最成功的共混增韧体系。PP与PE都是结晶性聚合物,它们之间没有形成共晶,而且各自结晶,形成相容性不良的多相体系。但两者晶体之间却发生相互制约作用,这种制约作用可破坏PP的球晶结构,PP球晶被PE分割成晶片,使PP不能生产球晶。随着PE用量增大,分割越显著,PP晶体则被细化,PP晶体尺寸变小,促使PP与PE共混体系冲击强度得到提高。例如,当LLDPE质量分数达到70%时,PP/PE共混体系的冲击强度为37.5KJ/m2  ,超过纯PP冲击强度的20倍。但随着LLDPE用量的增加,拉伸强度、弯曲模量却有所下降。PE作为PP的增韧剂,LLDPE好于HDPE,HDPE又好于LDPE。 

据资料先容,在开发PP/PE复合材料时,可添加HDPE或LLDPE。在等温结晶中发现HDPE以刚性粒子分布于PP中使其具有刚性增韧效果,LLDPE与PP晶体形成系带相连的体系,因此,HDPE含量小于10%时对PP具有刚性增韧作用,而LLDPE增韧PP时,随着LLDPE用量的增加,其冲击强度增加,但拉伸强度下降。一般,LLDPE的用量为5% ~20%较好。对比了低密度聚乙烯(LDPE)与HDPE对PP的改性,发现LDPE能够实现对PP有效的冲击改性,但却造成其他力学性质(如弯曲模量)的迅速下降。为了获得较好的综合性能,应用HDPE代替LDPE。丙烯、乙烯共聚改性比其物理共混更能取得明显效果。用超高分子量聚乙烯(UI-IM'WT'E)原位成纤增强、增韧共聚PP(牌号1330),在提高韧性的同时,起到了增强作用 研究表明,提高混炼剪切力,加快成型冷却速度(采用淬冷工艺)均有利于力学性能的提高,其中配比为90.10的PP/UHMWPE体系其缺口冲击强度、拉伸强度和断裂伸长率分别可达到88.6 kJ/m2,45.1 MPa和570%,分别是1330的3.5,1.5和2.5倍。

由差示扫描量热法谱图可以发现,1330的乙烯嵌段与UHMWPE可形成共晶,淬冷则可使共晶含量显著增加,从而加强了两相间的结台力。用PE改性PP一般采用机械共混,通过调节两者比例可控制共混物结构及性能。PP/PE虽然都是结晶性非极性聚合物,溶度参数也相近,但PP和PE的晶体结构不同,结晶时分子链不能排入同一品格,而且不同类型PP、PE的结晶度也不同,因此PP/PE共混物为热力学不相容的多相体系,而且不同的PP/PE共混物的形态结构也不同。

2 橡胶或热塑性弹性体增韧

橡胶或热塑性弹性体与PP共混增韧是目前研究较多、增韧效果也晟为明显的一类方法。此类型的改性剂主要有:乙丙橡胶(EPR)、三元乙丙橡胶(EPDM)、苯乙烯一丁二烯一苯乙烯嵌段共聚物(SBS)、顺丁橡胶、天然橡胶以及聚烯烃弹性体(POE)等。

2.1 乙-丙共聚物EPR、EPDM是橡胶增韧PP体系中最常用的改性剂      作为橡胶类,其高弹性与良好的低温性能对PP的增韧十分有益。从其化学组成来看均含有丙基,有利于与pp的相容,与PP共混后可改善PP的冲击性能及低温脆性。在一定范围内(5% ~30%),随EPR、EPDM用量的增加,体系的韧性迅速提高冲击强度近似线性增大 。但同时,体系的弯曲强度、拉伸强度、热变形温度等却逐渐降低。经EPDM改性的PP,拉伸强度降低,冲击强度和断裂伸长率提高,耐热性、熔点随EPDM含量增加而降低,熔体粘度增大,假塑性增强。此外,对共混物老化性能的研究表明,添加抗氧剂

能极大地提高共混物的耐老化能力,但其用量有最佳值,主辅抗氧剂并用效果较单独使用好EPDM与PP有良好的界面相互作用,溶解度参数相等(8.1),与EPR相比,改性效果更为理想,应用更为广泛。许多汽车的保险杠材料就是PPAEPDM台金。在制备过程中最好在PP/橡胶共混体系内形成部分交联结构的形态.这有助于提高材料的韧性,这是一个关键技术:通常在制备时,橡胶含量不低于20% ,除了PP外,还需加少量的HDPE和滑石粉。采用马来酸酐(MAH)对EPDM进行熔融接枝(EPDM—g—MAH)改性,将改性后的EPDM与PP共混,对PP/EPDM和PP/EPDM—g—MAH 2种共混体系的界面状况进行了对比。结果表明,接枝后共混体系的冲击强度有较大幅度的提高,且提高值随着接枝率的增加而增大。文章运用Htm~gins参数、界面张力系数对界面状况进行了表征,EPDM接枝后与PP的相互作用使参数和两相间界面张力都比接枝前减小了,扫描电子显微镜(SEM)照片上可见规律细密的剪切带,橡胶颗粒分散性增加、颗粒变小。

2.2 PP/SBS

加弹性体SBS于PP基材中,在微观显微镜下可观察到SBS有细化PP结晶、增大无定形区的作用。PP/SBS共混物的冲击强度、断裂伸长率随着SBS掺人量的增加逐步提高,而其拉伸强度、弯曲模量和硬度则下降。一种国内研究的、采用SBS作为改性剂制得的耐冲击型PP,常温和低温冲击强度分别比通用PP提高5和1O倍。使用SBS对PP改性,用于洗衣机零部件的生产。研究了SBS改性PP的缺口冲击行为和冲击断面的形态。结果表明,在各种实验温度下(-30℃,0,20℃),其冲击强度都不同程度地有所提高。例如在2o℃下,当SBS从0增加到20%时,复合材料的冲击强度从2o.60 J/m增加到70.89 J/m。从sEM照片上可以看出,SBS的颗粒直径多数在1mm左右,均匀地分布于PP中。由于SBS的聚丁二烯段和PP有相近的表面张力,容易相互扩散,在两相之间形成一过渡层,对提高复合材料的韧性有一定作用。SBS的增韧效果虽不如EPDM,但也完全能满足一般使用要求,且共混材料在常温下有较好的刚性及硬度。

2.3 PP/POE

POE是一种饱和的乙烯-辛烯共聚物,采用茂金属催化剂通过乙烯、辛烯原位聚合技术生产。其结构中结晶的乙烯链节作为物理交联点承受载荷,非晶态的乙烯和辛烯长链贡献了弹性。由于其表观切变粘度对温度的依赖性与PP相近,具有较强的剪切敏感性,在PP基体中易得到较小的分散相粒径和较窄的粒径分布。将POE作为冲击改性剂加人PP中,发现共混体系的分散情况和相容性非常好,PP的低温冲击强度得到改善,增韧效果明显:同时,整个体系具有优良的加工性能。与EPR、EPDM等相比,POE更具价格优势,且耐候性好(不含双键),流动性较佳。通过实验证明,POE对PP的增韧效果要优于EPDM、EPR,缺口冲击强度提高最大,且体系弯曲模量及拉伸强度的下降比EPDM、EPR增韧体系要小。

当POE用量超过15%时,对PP的增韧效果明显提高。另外,POE对高流动性PP也具有良好的增韧效果,共混体系在低温下仍有韧性,而相应的EPDM、EPR增韧体系则呈现脆性在生产上使用高流动性PP体系,可以缩短成型周期、降低生产成本。将POE添加到PP共聚物中进行冲击改性。所用PP中乙烯含量为10% ~11%, POE对高流动性PP的增韧改性(橡胶相为17% ~18%),POE用量为5% ~25%,而在POE含量为10%左右时体系的综合性能最好(其中冲击强度提高了4倍)。这一结果与通常PP发生脆韧转变时弹性体总含量为20% ~25%是基本一致的。与均聚PP相比,共聚PP中乙烯相的存在可以提高基体与POE的相容性,因此,POE对共聚PP更为适合。

3 无机刚性粒子增韧

PIP弹性体增韧塑料虽然在工业上取得了巨大成功,但它在提高韧性的同时,却使刚度、强度和温度大幅度降低。从1984年起,国外出现了以刚性粒子代替橡胶增韧塑料的新思想 ,在研究CaCO3增韧PP复合材料的断裂韧性中,用断裂力学分析能量耗散的途径,在国内首次提出了填充增强、增韧的新途径 目前,常用的无机刚性粒子主要有:云母、滑石粉、高岭土、CaCO3、BaSO4等。无机刚性粒子增韧聚合物的机理目前尚不十分清楚。一般认为 :

(1)聚合物受力变形时,刚性无机粒子的存在产生应力集中效应,引发其周围的基体屈服,这种基体的屈服将吸取大量变形功,产生增韧作用;

(2)无机刚性粒子的存在能阻碍裂纹扩展或钝化、终止裂纹,阻碍裂纹扩展的原因是由于钉扎效应,而粒子钝化或终止裂纹的原因在于两相界面的部分脱粘。根据上述机理,实现增韧的要求是:基体要有适当的韧性,基体与粒子要有适度的结合力,这必然要求对无机粒子的表面进行恰当的活性处理。

结论:

PP的共混增韧改性是一个研究非常活跃的领域,涉及的共混体系也是种类繁多。使用单一的改性剂往往不能达到对材料较高综合性能的要求,而增韧剂、相容剂以及界面改性剂等第三组分的加入已经成为当今的研究重点。

PP与LLDPE共混体系随LLDPE含量的增加,熔融指数增加。而PP/HDPE共混体系和PP/UHMWPE共混体系的熔融指数却随PE含量的增加而下降。添加PE后,共混物的维卡软化温度均随PE含量的增加而下降。影响PP/HDPE共混体系力学性能的主要因素是HDPE在PP中的分散难易程度,开炼机的改性效果比双螺杆挤出机的好。对于流动性好,易于在PP中分散的LLDPE来说,其受力过程和受力历史是影响PP/LLDPE共混物力学性能的主要原因,双螺杆挤出机的改性效果比开炼机好。



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