挤出温度对透明改性无规共聚聚丙烯性能的影响

孙彩迪 罗发海，2 罗发亮 薛屏 闫东广

(1. 宁夏大学能源化工重点实验室，宁夏 银川,750021;2. 六盘山高级中学，宁夏 银川, 750004;3. 江苏科技大学材料科学与工程学院，江苏 镇江，212003)

试验研究

挤出温度对透明改性无规共聚聚丙烯性能的影响

孙彩迪1罗发海1，2罗发亮1薛屏1闫东广3

(1. 宁夏大学能源化工重点实验室，宁夏 银川,750021;2. 六盘山高级中学，宁夏 银川, 750004;3. 江苏科技大学材料科学与工程学院，江苏 镇江，212003)

通过差示扫描量热仪(DSC)、偏光显微镜(PLM)等研究了挤出温度对添加NX8000K成核剂无规共聚聚丙烯(PPR)的结晶行为、晶体形貌、光学性能及热力学性能的影响。结果表明： PPR添加成核剂NX8000K后，随着挤出温度的升高， PPR的结晶峰温度升高，晶核数量增多;试样的拉伸强度和断裂伸长率在高温条件下表现得更加优异，而冲击强度和维卡软化温度则随着挤出温度的升高逐渐下降；试样的光学性能得到提升，最终优化出了适宜的挤出温度。

无规共聚聚丙烯 成核剂 挤出温度 性能

聚丙烯(PP)具有来源丰富、价格低廉、便于加工、力学性能好、密度小等优点，被广泛应用于汽车、化工、建筑、包装、电气等行业。无规共聚聚丙烯(PPR)作为聚丙烯的一种，结构上的特点使其具有比均聚聚丙烯更加优异的性能，如进一步改善了光学性能，提高了抗冲击性能，降低了熔化温度等，广泛应用于高透明性、高韧性、低熔点等领域[1]。然而，具有一定透明度的PPR仍达不到聚碳酸酯等材料的透明性。因此，在PPR中添加成核剂进一步改善透明性是工业界的研究探索热点。

NX8000K成核剂是近几年发展的新一代高效透明剂，它具有高于PP加工温度的熔点，与PP基料的相容性较好，无毒等一系列优点，充分展现了其在PP透明改性方面的优良特质。研究表明，除了添加透明成核剂可大幅增加PP的透明性外，挤出加工工艺对增透PP也有重要的影响。在原来对PP透明改性的基础上[2]，下面主要探讨挤出温度对透明改性PPR结构与性能的影响，可对PP共聚物加工工艺作进一步研究与改进。

1 试验部分

1.1 主要原料及仪器设备

PPR，R503，中石化北京燕山石油化工股份有限公司；成核剂，NX8000K，熔点245～255 ℃，美国美利肯公司；分散剂，TAS-2A，石家庄市舒普经贸有限公司；卤素吸收剂，DHT-4A，上海业欣贸易有限公司；其他助剂，抗氧剂1010、抗氧剂168，辽宁营口风光助剂厂。

同向双螺杆挤出机，TSE-30型，南京瑞亚高聚物装备有限公司；注塑机，VA120-A型，广东伊之密精密机械股份有限公司；差示扫描量热仪(DSC)，DSC4000型，美国PE公司；偏光显微镜(PLM)，Leica DM2500 P，北京中仪光科科技发展有限公司；透光率/雾度测试仪，WGT-S型，上海仪电物理光学有限公司；维卡软化点温度测定仪，HDT/V-3216，承德市金建检测仪器有限公司；真空干燥箱，DZF-6050型，上海-恒科学仪器有限公司。

1.2 试样制备

将PPR粉料置于真空干燥箱中使其充分干燥，备用。物料的质量份分别为PPR 100份、成核剂NX8000K 0.60 份、分散剂TAS-2A 0.20 份、DHT-4A 0.04份 ，主辅抗氧剂1010与168的配比为1∶2。将称量好的物料充分混合均匀后加入到双螺杆挤出机中，然后进入切粒机进行造粒，最终注塑成标准样条。

1.3 工艺参数设置

螺杆转速设定为110 r/min，喂料速度为7 r/min。挤出机的温度设置包括机筒和机头的温度，设计了4组不同的加工温度如表1所示。为防止二次加工温度对试验结果带来干扰，4组试样的注射温度应保持一致，模具温度30 ℃，注塑头240 ℃。

1.4 性能测试与结构表征

拉伸强度按GB/T 1040—2006测试；冲击强度按GB/T 1843—2008测试；雾度/透光率按GB/T 2410—2008测试；维卡软化温度按GB/T 1633—2000测试。

DSC分析：将样品剪成4～5 mg小片置于坩埚中，N2氛围下以20 ℃/min从20 ℃升至200 ℃，在200 ℃下保温5 min，然后以10 ℃/min降至20 ℃，再以10 ℃/min从20 ℃升至200 ℃。

PLM分析：将少许试样置于热台上以50 ℃/min速率升至220 ℃，恒温3 min，压成薄片，冷却至室温。然后将试样置于偏光显微镜的载物台上，以10 ℃/min速率将试样升到220 ℃，恒温保持5 min以消除热历史，然后再以70 ℃/min速率快速降到120 ℃进行等温结晶，观察并记录试样在不同时间段内晶体形貌变化情况。

2 结果与讨论

2.1 挤出温度对成核PPR熔融结晶行为的影响

图1是不同挤出温度下添加了成核剂NX8000K的PPR熔融结晶曲线。随着挤出温度的升高，PPR的结晶峰和熔融峰均向高温方向移动，结晶峰移动较明显，说明了成核剂NX8000K改性PPR时对挤出温度的选择比较敏感，在适宜的挤出温度下,能使成核剂成核作用发挥到最大。

2.2 成核剂对PPR微观形态的影响

图2为添加0.60份成核剂NX8000K前后，试样PPR在不同时间段内的等温结晶偏光照片，结晶温度为120 ℃。

对比图2(a)和图2(d)可以发现，结晶时间为10 min时，纯PPR与NX8000K/PPR对比非常明显，图2(a)中晶体数目很少，图2(d)中晶核数量非常多，晶体尺寸大大减小，球晶之间紧密排列，晶粒细小晶型模糊。当结晶时间为30 min 时，图2(c)中球晶体积增大相互紧挨，但晶型较明显，图2(f)中晶核的数量继续增多，球晶尺寸细小，晶区连成一片。从试样的PLM分析可知，NX8000K成核剂的加入起到了明显的异相成核作用，试样的结晶温度会升高，这与DSC结果一致。

2.3 挤出温度对成核PPR光学性能的影响

图3是挤出温度对PPR光学性能的影响。随着挤出温度的升高，成核剂NX8000K对PPR增透的作用更加明显，透光率持续上升最高达79.0%，试样雾度逐步下降，在250 ℃时，降至14.7%，继续升温，雾度值不再减小，说明加工温度过高或过低都不利于试样透明性的增加，适宜加工温度的选择，对于添加NX8000K成核剂PPR性能的提升非常重要。

2.4 挤出温度对成核PPR拉伸性能的影响

图4是不同挤出加工温度对成核PPR拉伸性能的影响。

从图4可以看出，随着挤出温度升高，成核PPR的拉伸强度先上升后下降，断裂伸长率则逐渐升高。在250 ℃时拉伸强度达到最大值36.2 MPa，断裂伸长率达900%。

2.5 挤出温度对成核PPR抗冲击性能的影响

图5是挤出温度对成核PPR冲击强度的影响。由图5可以看出，成核PPR的冲击强度随着挤出温度的增加呈现先略上升后下降的趋势，当240 ℃时冲击强度达到最高，继续升温,冲击强度则不断减小。

2.6 挤出温度对成核PPR耐热性能的影响

图6是不同挤出温度对成核PPR耐热性能的影响。

由图6可以看出，随着挤出温度的升高，试样的维卡软化温度逐渐下降，由66.4 ℃降到65.4 ℃，即在高温加工条件下试样的耐热性能降低，综合考虑选择加工温度250 ℃比较合适。

3 结论

a) 和纯PPR相比，成核PPR的晶核数量增多，晶体尺寸大大减小；NX8000K成核剂能够促进PPR快速结晶，试样结晶温度升高，形成的晶体更加完善。

b) 随着挤出温度升高，样品的透光率最高达到79.0% ，雾度降至14.7%，拉伸强度和断裂伸长率在高温条件下均比低温下有所上升，但是样品的冲击强度和维卡软化温度随挤出温度的升高呈下降趋势，说明高温条件下不利于试样韧性与耐热性能的提高，所选择的适宜挤出温度为250 ℃。

[1] 丁学佳,张德强,褚文娟,等.透明聚丙烯的研究进展[J]. 弹性体,2010,20(1):80-83.

[2] 孙彩迪,罗发亮,陶乐,等.煤基均聚聚丙烯透明改性及热性能研究[J]. 塑料工业,2014,42(11):97-99.

下期主要信息

有机插层剂对PET/OMMT纳米复合材料结构和性能的影响

明星星

拉伸对PLA及其合金复合材料结构和性能的影响

邬昊杰

基于复杂分型面的面壳注射模具设计

熊 毅

碳材料改性碳纤维/环氧树脂复合材料体系研究进展

任振波

Effects of Extrusion Temperature on Properties of Transparent Modified Polypropylene Random Copolymer

Sun Caidi1Luo Fahai1,2Luo Faliang1Xue Ping1Yan Dongguang3

(1. Key Laboratory of Energy Resources & Chemical Engineering of Ningxia University, Yinchuan, Ningxia, 750021; 2. Ningxia Liu Pan Shan High School, Yinchuan, Ningxia, 750004; 3. School of Material & Engineering, Jiangsu University of Science and Technology, Zhenjiang, Jiangsu, 212003)

The effects of extrusion temperatures on crystallization behavior, crystal morphology, transparency, thermodynamic properties of random copolymer of polypropylene (PPR) with nucleation agent NX8000K were investigated by Differential Scanning Calorimetry (DSC), Polarizing Microscope (PLM), etc. The results show that as the extrusion temperature increases, the crystallization peak temperature of PPR with addition of nucleating agent NX8000K will increase,and the quantities of crystal nucleus increase obviously. The tensile strength and elongation at break are more excellent at high temperature condition, but the notched impact strength and vicat softening temperature decrease. The optical properties of the samples are improved. Finally, the suitable extrusion temperature is obtained.

polypropylene random copolymer; nucleating agent; extrusion temperature; properties

2015-01-29;修改稿收到日期:2015-06-10。

孙彩迪，硕士研究生，主要从事煤化工及聚合物材料改性研究工作。E-mail:861384153@qq.com。

宁夏科技支撑计划和国家自然科学基金(No.21264012)资助项目。