改性聚丙烯收缩率的研究

娄小安，苏吉英，孟成铭，段 浩

（上海日之升新技术发展有限公司，上海201109）

改性聚丙烯收缩率的研究

娄小安，苏吉英，孟成铭，段 浩

（上海日之升新技术发展有限公司，上海201109）

讨论了矿物填料（如滑石粉、碳酸钙等）及玻璃纤维作为无机填料、乙烯－辛烯共聚物（POE）、线形低密度聚乙烯（PE－LLD）及成核剂对聚丙烯（PP）收缩率的影响。结果表明，无机填料均能较明地显改善PP的收缩率，其中玻璃纤维影响较明显，添加量为30%（质量分数，下同）时PP的收缩率由1.67%下降到0.34%，并且收缩率随玻璃纤维填充量的增加而减小；POE、PE－LLD及成核剂的加入也能改善PP的收缩情况，且随着含量的增加收缩率变小，并且POE改善效果较PE－LLD更明显，当POE添加量为30%时，PP的收缩率从1.67%下降到1.16%，当PE－LLD添加量为30%时，PP的收缩率从1.67%下降到1.39%；成核剂的加入在降低PP收缩率的情况下还能加快PP的结晶速率。

聚丙烯；改性；收缩；矿物填料；玻璃纤维

0 前言

PP在通用塑料中用量较大，具有密度小、耐挠曲、耐化学腐蚀、绝缘性好等优点，但其耐低温冲击性能较差，易老化，并且收缩率较大，PP的成型收缩率在1.0%～2.5%之间，这严重限制了其在一些精密领域的应用。因此，控制PP的收缩率十分重要。

引起热塑性塑料收缩的因素有很多种［1］，主要有热收缩、结晶收缩、取向收缩、负收缩和后收缩等。PP是一种高结晶性塑料，因此引起收缩主要是由于其高结晶所导致，控制PP的成型收缩率主要是控制其原料成型时的结晶度，结晶度越小其成型收缩率越小；反之，结晶度越高则成型收缩率也越高。本研究在选用相同注塑工艺时，探讨了无机填料、热塑性塑料及成核剂对PP收缩率的影响及规律，以期为PP其他改性研究工作提供一定数据支持。

1 实验部分

1.1 主要原料

PP，PPK7926，上海赛科石油化工有限公司；

POE，ENGAGE 8999，美国陶氏化学公司；

PE－LLD，6101XR，埃克森美孚公司；

玻璃纤维，无碱无捻粗砂，北京长城塑料增强材料福利厂；

滑石粉，CZ－1250、CZ6800、CZ－5，粒径分别为12.0、6.5、2.6μm，常州诚志化工有限公司；

滑石粉，HTP－1，粒径1.6μm，意大利IMIFABI公司；

抗氧剂，B225，汽巴精化公司；

成核剂，MB－LDN，意大利普力恒公司；

改性乙撑双脂肪酸酰胺（TAF），苏州兴泰国光化学助剂有限公司；

高岭土、硫酸钡、玻璃微珠、碳酸钙、硅灰石，市售。

1.2 主要设备及仪器

双螺杆挤出机，KS36，昆山科信机械设备有限公司；

注塑机，HTF80X1，宁波海天注塑机厂；

烘箱，101A－1，吴江亚太烘箱制造厂；

高速混料机，SHR－200A，张家港欣荣机械有限公司；

数显游标卡尺，0－150，上海量具刃具厂。

1.3 样品制备

按100份PP中添加0.4份抗氧剂、0.3份润滑剂TAF，并改变PP与矿物填料、POE、PE－LLD及成核剂的配比，分别称量好后放入高速混料机中进行高速搅拌，然后通过双螺杆挤出机挤出成型，挤出温度为220℃，螺杆转速为400r/min，经水槽冷却后切粒，切粒后将粒子在80℃烘箱中烘2h，在直径为99.85mm的模具中注塑成圆片，注塑温度为190℃，注射速度为15g/s，注射压力为25MPa，保压时间为30s［2］。

1.4 性能测试与结构表征

将圆片在23℃、相对湿度50%下放置24h后测试尺寸，然后计算其成型收缩率，按式（1）计算［1］：

式中 S——成型收缩率，%

M——模腔直径，mm

D——制品实际尺寸，平行于物料流动方向与垂直于物料流动方向直径的平均值，mm

2 结果与讨论

2.1 矿物填料对PP收缩率的影响

将PP与矿物填料按80/20的质量比制得复合材料，其收缩率如图1所示。可以看出，加入不同矿物填料均会影响PP的收缩率，因为矿物填料的填充阻碍了PP分子链的运动，影响其结晶度，从而影响PP的收缩率；其次，是因为矿物填料为刚性粒子，其本身不收缩，加入PP中，会使改性料整体的收缩率下降；第三，超微细的矿物填料充入PP中，会起到异相成核作用，改变分子内部凝集状态，从而影响PP的收缩率［3］。从图1还可以看出，滑石粉对PP收缩率影响最大，这是因为滑石粉属于层状结构，在成型过程中，分子链会随着滑石粉的片状层呈一定取向排列，在冷却结晶过程中对收缩率有一定程度的影响，而近似粒状结构的硫酸钡、玻璃微珠、碳酸钙等填料不会在成型过程中随树脂流动发生取向，因此对其影响相对较小。

图1 矿物填料对PP收缩率的影响Fig.1 Effect of mineral fillers on the shrinkage of PP

2.2 玻璃纤维对PP收缩率的影响

改变PP与玻璃纤维的比例分别制得玻璃纤维含量为10%、20%、30%的复合材料，测试其收缩率，结果如图2所示，可以看出，玻璃纤维能显著影响PP的收缩率，这是因为玻璃纤维会在熔体中沿流动方向进行排列，使PP分子链沿玻璃纤维方向进行取向，玻璃纤维分散于树脂中起到骨架作用，较大地限制了分子链的收缩，同时也阻碍了其分子的结晶，提高了PP的稳定性［4］。

图2 玻璃纤维含量对PP收缩率的影响Fig.2 Effect of contents of glass fiber on the shrinkage of PP

2.3 滑石粉粒径及含量对PP收缩率的影响

从图3可以看出，PP的收缩率随着滑石粉粒径的减小而缓慢降低，并且随着其含量的增加收缩率呈较明显的下降趋势。这是因为在粒径更大的情况下，滑石粉在PP中分散更均匀，整体上对分子链运动和收缩的限制更大。同样，滑石粉含量越高，其在PP中的分散体积增大，阻碍了PP链段松弛运动，从而使PP的收缩率降低。

图3 滑石粉粒径及含量对PP收缩率的影响Fig.3 Effect of particle size and contents of talc on the shrinkage of PP

2.4 成核剂含量对PP收缩率的影响

从图4可以看出，加入成核剂会减小PP的收缩率，这是因为，虽然成核剂有促进PP成核结晶的作用，但是，PP在成型后仍有较大的后收缩。在成型过程中，无定型的部分还未来得及结晶，成型后将慢慢结晶，加入成核剂将加快其结晶［5］，从而降低材料的收缩率。

图4 成核剂含量对PP收缩率的影响Fig.4 Effect of contents of nucleating agent on the shrinkage of PP

2.5 POE及PE－LLD含量对PP收缩率的影响

从图5可以看出，PP中加入POE、PE－LLD时，其收缩率降低，尤其在高添加量时影响更为明显，这是因为，虽然其他烯烃类塑料同样存在收缩，但是当其与PP一起共混时，能改变各自的结晶状态［6］，从而达到降低PP收缩率的作用。

图5 POE及PE－LLD含量对PP收缩率的影响Fig.5 Effect of contents of POE and PE－LLD on the shrinkage of PP

3 结论

（1）PP原料具有较大的收缩率，加入矿物填料及其他聚烯烃类塑料对改善其成型收缩具有较明显作用，其中玻璃纤维的改善作用最明显；

（2）控制PP的结晶及结晶状态可以较好地控制其复合材料的收缩率。

［1］ 陈光辉，陶 杰，何娉婷.碳酸钙/聚烯烃弹性体填充改性聚丙烯成型收缩率的探讨［C］∥纳米材料与技术应用进展.烟台：中国材料研究学会，2005，474－477.

［2］ 赵文聘，黄海清，杨 健，等.聚丙烯改性料的收缩率探讨［J］.工程塑料应用，2000，28（11）：8－10.

［3］ 刘容德.注塑工艺对聚丙烯性能的影响［J］.塑料科技，2002，（12）：27－30.

［4］ 王浩江，杨欣华，杨育农，等.低模塑收缩率聚丙烯的研究［J］.塑料工业，2007，35（5）：20－22.

［5］ 胡晓华，马 进，雷军庆，等.成核剂对聚丙烯结晶性能形态及性能的影响［J］.中国塑料，2002，16（5）：66－68.

［6］ 那 兵.聚烯烃（共混物）取向结晶与形变机理的研究［D］.成都：四川大学材料科学与工程学院，2005.

Research on Shrinkage of Modified Polypropylene

LOU Xiaoan，SU Jiying，MENG Chengming，DUAN Hao
（Shanghai SUNNY New Technology Development Co，Ltd，Shanghai 201109，China）

The influences of inorganic fillers，POE，PE－LLD，and nucleating agent on the shrinkage of polypropylene were studied.When glass fiber，POE，PE－LLD of 30%was incorporated separately，the shrinkage of polypropylene reduced from its devoid value of 1.67%to 0.34%，1.16%，and 1.39%，respectively.Other thermoplastic plastics and nucleating agent would also cause the decrease of the shrinkage.

polypropylene；modification；shrinkage；mineral filler；glass fiber

TQ325.1＋4

B

1001－9278（2011）12－0059－04

2011－08－15

联系人，louxiaoan＠shsunny.com