高流动性高模量聚丙烯的制备

杨俪辰YANG Li-chen

（南京协赢企业咨询管理有限公司，南京210000）

0 引言

聚丙烯（PP）具有密度低、机械性能较优异、还有良好的耐应力龟裂、耐疲劳屈服和耐化学品性能、而且有价格便宜、易加工成型、无毒、易回收、可循环利用等优点，获得了广泛的应用，特别是在汽车工业、家电及机械领域的应用不断加大。在汽车领域，由于节能和环保的要求，对于汽车轻量化的呼声越来越高，而在所有塑料中，聚丙烯的成本最低，密度最小，故聚丙烯是汽车中用量最多的高分子材料，汽车上保险杠、仪表板、轮罩、门板、发动机罩、空调外壳、中控台、喇叭盖等许多零件都是用改性聚丙烯生产的。据统计，一辆小轿车上聚丙烯的用量有几十公斤，而且其用量正呈现逐年上升趋势。聚丙烯改性料的模量高低对聚丙烯改性料在气场上的应用具有很大的影响，同时也是保证产品质量的一个重要方面。改性料流动性的高低对注塑成件方面有着很大的影响。本文就将探讨一种具有高流动性和模量的改性聚丙稀及其制备方法。

1 实验部分

1.1 主要原料

聚丙烯 PP：9829，北京燕山石化公司；POE：8150，美国陶氏化学公司；EPDM：美国杜邦公司；钛酸酯偶联剂：市售；硬脂酸锌：湖南省邵阳县有机化工厂；抗氧剂：台湾齐巴；滑石粉：泉州旭丰粉体原料有限公司。

1.2 主要设备

高速混合机，SH140，张家港白熊科美机械有限公司；双螺杆挤出机，SHJ-50，南京广达化工设备有限公司；注塑机，JN88-E，震雄机械有限公司。

1.3 样品制备

试样制备、检测工艺流程图见图1。

图1 试样制备、检测工艺流程图

挤出工艺：挤出温度195-230℃；注塑工艺：注射温度210℃，注射压力70MPa，注射速率60g/s，注射时间6s。造粒后的粒料在90℃下干燥5个小时，然后在注塑机中注塑成试样。

1.4 性能检测 弯曲性能按GB/T9341-2000进行测试，冲击性能按GB/T1843-1996进行测试，熔融流动速率按GB/T3682-2000进行测试。

2 结果与讨论

2.1 钛酸酯偶联剂对聚丙烯改性料熔体流动速率的影响 首先做了一组对比实验，以此来考察滑石粉的加入对纯PP熔体流动速率的影响，在一定量的PP中分别加入30份滑石粉，30份滑石粉和钛酸酯偶联剂，与相同量的纯PP进行对比，可发现加入30份滑石粉的熔体流动速率变小，流动性变差，成形性变差。另外，在含有30份滑石粉的一定量的PP用钛酸酯偶联剂进行处理，熔体流动速率可从0.87g/min增加至3.40g/min，说明钛酸酯的欧联作用提高了PP与滑石粉的相容性，增加了流动性能，成形性变好，有利于注塑。

2.2 不同增韧剂对聚丙烯改性料的影响

2.2.1 溶体流动速率 由实验可知，随着POE含量的增加，熔体流动速率呈下降趋势，表明随着POE含量的增加，体系加工性能变差。这是由于POE本身熔体流动速率较低，它的加入使得共混体系的内摩擦阻力增大，导致聚合物分子链之间的相对运动困难，从而降低了整个体系的流动性。按照流变学的原理，混合时POE以微小的液滴分散在PP熔体中，PP连续相剪切场中小液滴的存在扰乱了流线，因此使体系耗散额外的能量，这种额外的能量耗散则表现在整个体系的黏度增加及MFR的下降。另外，通过实验亦可看出，使用相同量的POE和EPDM，POE体系的MFR高于EPDM的，进一步说明了用POE改性PP的优势。

2.2.2 冲击强度 随着POE含量的增加，冲击强度呈平稳略上升趋势，且当POE含量达到10%以上，呈陡然上升趋势，表现出明显的增韧效果，同样的，对于EDPM，当含量达到15%时，冲击强度陡然上升，增韧效果明显，由此可得，为达到相同增韧效果，POE用量少于EPDM。

2.2.3 断裂伸长率 随着POE含量的增加，体系的断裂伸长率在不断上升，且当质量分数达到10%时，其体系断裂伸长率呈现陡然上升状态，同样的，随着EPDM含量的增加，断裂伸长率呈上升趋势，当质量分数达到15%时，呈现出陡然上升趋势。由此可见，加入相同分量的POE的增韧效果远大于EPDM的。

2.2.4 弯曲弹性模量 随着POE，EPDM含量的增加，体系的弯曲弹性模量在不断上升。

综上所述，为了获得更好效果的改性PP，将选用10%的POE。

2.3 滑石粉粒径及用量对改性PP的影响 滑石粉种类繁多。为了研究滑石粉的粒径对改性PP的性能有何影响，我们分别选用了3000目，2000目，1000目的3种滑石粉作为研究对象。

从各项实验数据可以看出，滑石粉的粒径越小，越具有更大的比表面积，在体系的共混效果越好，对应力的分散就越好。因此，加入粒径为3000目的滑石粉的改性PP性能最好。

由实验数据可见，随着滑石粉用量的增加，改性PP的缺口冲击强度降低，而弯曲弹性模量提高；同理，随着滑石粉用量的增加，改性PP的MFR和拉伸强度均降低，而弯曲强度却有所提高。综合各项数据来看，当滑石粉的质量分数为24%时，改性PP的综合性能相对较好。

2.4 润滑剂对PP/POE体系的影响 做一组对比实验可得，润滑剂的加入可以大大提高弯曲模量及熔体流动速率，说明润滑剂起到了降低分子间力的作用，使得分子的运动容易，因而对外应力的响应快。因此，为了达到更好的改性效果，在PP/POE体系中添加适量的润滑剂。

3 结论

①相较于纯PP体系，加入质量分数为24%，粒径为3000目的滑石粉，改性PP的综合性能相对较好。②将PP+滑石粉的体系用钛酸酯偶联剂处理，科大大提高体系的熔体流动速率，增加了流动性，使体系的成形性变好，有利于注塑。③根据不同增韧剂对聚丙烯改性料影响的探讨，可得PP/POE体系的综合性能均好于PP/EPDM体系，且当POE含量在达到10%的时候，综合性能最好。④在PP/POE体系中添加适量的润滑剂科大大提高体系的弯曲模量及熔体流动速率，以达到更好的改性效果。

[1]武德珍等.现代塑料加工应用，1996,1:10-13.

[2]徐昌华等.高分子材料科学与工程，1991,6:87-91.

[3]钱运华等.塑料工业，1988，1:109-110.

[4]周琦等.POE与EPDM对聚丙烯增韧改性研究[J].弹性体，2007,17（4）：44-47.

[5]敖玉辉等.基体性质对PP/POE共混物力学性能和形态的影响[J].中国塑料，2006,20（11）：49-52.

[6]李明等.粘度比对PP/POE共混物性能与结构的影响[J].合成树脂及塑料，2006,23（6）：46-48,63.

[7]张祥福等.高韧性、高流动性轿车用聚丙烯保险杠材料的研制[J].中国塑料，1998,13（5）：28-32.