PPH/PPB共混体系的性能与表征

1 试验部分

1.1 主要原料及仪器

PPH，013，南京炼油厂有限公司；PPB，2203T，共聚单体为乙烯，乙烯质量分数为10%，中国石化扬子石油化工有限公司；抗氧剂，B215，汽巴精化(中国)有限公司；硬脂酸钙，南京金陵化工厂有限公司。

双轴向炼塑机，SK-160B，上海橡胶机械厂；平板硫化机，XLB-D 350×350×2，上海第一橡胶机器厂；悬臂梁冲击试验机，UJ-4，中国承德试验机厂；微机控制电子万能试验机，CMT 5254，深圳市三思计量技术有限公司；热变形维卡温度测定仪，XRW-300 A型，江都市金都试验机械厂；差示扫描量热仪(DSC),Q20，美国TA公司；傅里叶变换红外光谱仪(FTIR),Nexus 670，美国Nicolet公司；偏光显微镜(POM),PM6000，南京江南永新光学有限公司；扫描电子显微镜(SEM),JSM-6510，日本JEOL公司。

1.2 试样制备

1.2.1 PP共混物的制备

将PPH/PPB 按照不同质量份(下同)配方，配比分别为100/0，85/15，70/30，50/50，30/70，15/85，0/100，抗氧剂0.2份，硬脂酸钙0.5份。

将所有原料按比例配好，混合均匀。将炼塑机辊筒清洗干净，升温至180 ℃，启动炼塑机，将已混合的试样倒入辊筒进行混炼。当粉料不脱落，即包辊呈透明状后，先后打三角包、枕头包各3个；随后调小辊距，薄通2～3次，下片。

1.2.2 压制PP共混物薄片

将共混好的物料放入模具，设定平板硫化机温度为180 ℃。先在1 MPa下保持7 min，然后将压力调为5 MPa保压5 min，最后在10 MPa下保持5 min后取出模具。并将其放入另一台冷压硫化机中，在10 MPa下冷压10 min左右脱模。

1.2.3 制备PP共混物试样及热处理

用哑铃型刀具压制拉伸用哑铃型试样，用万能制样机切割用于弯曲、冲击和热变形的条型试样，把制得的试样放置在烘箱中于130 ℃退火3 h。

1.3 测试与表征

1.3.1 热力学性能

拉伸性能按GB/T 1040.2—2006测试，试验速率50 mm/min；弯曲性能按GB/T 9341—2008测试，试验速率2 mm/min；冲击性能按GB/T 1843—2008测试；维卡软化温度按GB/T 1633—2000测试，升温速率120 ℃/h。

1.3.2 微观结构表征

FTIR分析：将少许PP样品于180 ℃的平板硫化机中压成10～30 μm的薄膜，使用透射模式测试，光谱的扫描范围4 000～400 cm-1，扫描次数32，分辨率4 cm-1。

DSC分析：将PP样品剪成细小的碎片，称取10 mg左右，放于坩埚中，压实；在N2保护下，流速50 mL/min。以40 ℃/min从室温升至200 ℃,保温2 min消除热历史，然后以10 ℃/min降温至40 ℃，保温2 min，再以10 ℃/min升至200 ℃，以DSC降温曲线为结晶曲线，以DSC第2次升温曲线为熔融曲线。

SEM观察：利用SEM观察试样冲击断面形貌，常温断口经过真空镀膜机喷金镀膜。

POM观察：将所需表征的少许PP样品放在恒温210 ℃的载玻片上，待样品熔融20 min后，分别加上盖玻片，再加载荷压成膜，然后将其于120 ℃电炉上恒温30 min，接着将其于冰水混合物中急速冷却至0 ℃并放置1 h。最后将制备好的样品放在POM上进行观测和拍照，显微镜照片放大倍数为250倍。

2 结果与讨论

2.1 PPH/PPB共混体系的FTIR分析

图1是PPH/PPB共混体系的红外光谱图。

由图1看出，在1 167，997，898,841 cm-1处出现了一系列PP的等规结构吸收峰，997 cm-1峰与PP长螺旋序列有关，而973 cm-1与短螺旋结构有关，2 955，2 872 cm-1为甲基中C─H的伸缩振动峰，2 920，2 840 cm-1为亚甲基中C─H的伸缩振动峰，1 457 cm-1为亚甲基中C─H弯曲振动峰，1 376 cm-1是甲基中C─H的弯曲振动峰，PPB在720 cm-1出现了长链亚甲基的峰，而PPH中没有出现，同时PPH/PPB共混物中也出现了720 cm-1的峰，证明了PPH/PPB共混物中存在类似聚乙烯长链。通过对比发现，不同比例PPH/PPB共混体系中的基团基本没有变化，表明PPH与PPB共混后并无新的基团生成。

2.2 PPH/PPB共混体系的DSC分析

图2为不同比例PPH/PPB共混体系的熔融和结晶曲线。相应的DSC分析结果见表1。

表1 PPH/PPB共混体系的DSC分析

2.3 PPH/PPB共混体系的力学性能

表2是PPH/PPB共混体系的力学性能。

*为23 ℃测试。

从表2可以看出，随着PPH/PPB共混体系中PPB含量的增加，共混体系的拉伸强度、屈服强度、弯曲强度和弯曲模量都呈下降的趋势，而断裂伸长率逐渐增加。从表2还可以看出，PPB的加入量对PPH/PPB共混体系的缺口冲击强度产生了极大影响，当共混体系中PPB加入量大于50份时，缺口冲击强度均在65.0 kJ/m2以上，在PPH/PPB质量比为50/50时达到了71.9 kJ/m2，是纯PPH的15倍。

2.4 PPH/PPB共混体系的SEM分析

图3为PPH/PPB共混体系冲击断面的SEM照片。从图3可看出，共混体系中PPB含量小于等于30份时，断面形貌都呈现出不规则的圆片状突起和凹陷状坑，这样的形貌吸收的断裂能不大。而PPH/PPB共混体系中PPB含量大于等于50份后，断面形成清晰的网络状结构，大片的褶皱型条纹与冲击方向垂直，顺着冲击方向出现大量细小条纹，这种复合褶皱是由于发生了强烈剪切屈服形成的，这种立体网状结构吸收了大量的能量，大大地提高了材料的冲击强度，这与材料中PPB含量超过一半后冲击强度大幅度增加完全相符。

2.5 PPH/PPB共混体系的维卡软化温度分析

表3是PPH/PPB共混体系的维卡软化温度测试结果。

从表3可以看出，随着PPB含量的增加，共混体系的维卡软化温度有很明显的下降趋势。PP的结晶度影响材料的耐热性，PPB的结晶度小于PPH的，导致了PPH和PPB共混后维卡软化温度较纯PPH有一定的下降。

2.6 PPH/PPB共混体系的POM分析

图4是PPH/PPB的共混体系的POM照片。从图4可知，PPH，PPB和PPH/PPB共混体系的球晶均呈现典型的从中心向外生长的辐射状结构。纯PPH的球晶辐射纹路清晰，球晶之间界面层易于分辨，球晶尺寸大，因此PPH的刚性较好，但在受到外力作用下裂纹极易沿着这些界面层扩展，导致纯PPH韧性差，易脆性断裂；PPB球晶的辐射线较模糊，球晶之间的分界线不明显，边界之间互相渗透可增加球晶间移动的阻力从而有较好的韧性[3]。PPH/PPB共混体系的球晶细化，球晶尺寸均小于纯PPH和纯PPB的，半径接近50 μm，约为纯PPH和纯PPB半径的1/3，PPH和PPB共混后的球晶辐射纹路较清晰，和PPH相似，同时球晶与球晶间拥有和PPB类似的渗透现象，在PPH/PPB分别为50/50和30/70时表现的最为明显，拥有这种结构的材料具有优异的力学性能，之前的力学性能测试已经证明PPH/PPB共混体系在拥有极佳的抗冲击性能的同时又有良好的刚性。

3 结论

a) 加入PPB后,PPH/PPB共混体系的结晶温度和结晶度都有所下降，球晶尺寸明显减小，界面模糊，两相结合力更好，冲击强度大幅度提高。

b) PPH/PPB共混体系冲击断面的形貌分析表明，共混体系中PPB的加入量大于等于50份时，断面形貌发生了显著变化，形成了韧性断裂面，与冲击强度和断裂伸长率测试结果一致。

c) PPH/PPB共混体系的维卡软化温度测试表明，PPH和PPB共混后耐热性相对于纯PPH略有下降。

d) PPH/PPB共混体系在质量比50/50和30/70时，断裂伸长率和冲击强度相比于纯PPH的大幅度提高，且拉伸强度和弯曲强度仍处于较好状态，材料的综合性能最佳。

[1] Corradini P.The discovery of isotactic polypropylene and its impact on pure and applied science[J]. Journal of Polymer Science Part a-Polymer Chemistry，2004，42(3): 391-395.

[2] 崔小明.聚丙烯改性技术及新产品开发[J].四川化工,2004，7(5):29-34.

[3] 吴炳印.抗冲聚丙烯管材专用树脂的结构与性能[J].合成树脂及塑料，2006，23(3):51-55.

Properties and Characterizations of PPH/PPB Blends

Wang Shenwei Zhang Jun*

(College of Materials Science and Engineering，Nanjing University of Technology，Nanjing， Jiangsu，210009)

The mechanical properties of homo-polypropylene(PPH)/block-polypropylene(PPB) blends were studied，and the effect of blending ratio on the properties of PPH/PPB blends was discussed. Crystallization behavior and microstructure of PPH/PPB blends were investigated by DSC， FTIR， SEM and POM,respectively. The results show that the toughness of PPH/PPB blends greatly increases，compared to PPH，and the heat resistance and stiffness decrease to a certain degree. The comprehensive properties are the best in the mass ratio of PPH/PPB between 50/50 and 30/70.

homo-polypropylene; block-polypropylene; properties; blend; crystallization behavior

2014-07-18;修改稿收到日期:2014-12-17。

王沈巍(1989—)，男，在读硕士研究生，主要从事PP加工改性的研究。E-mail: wswgiant23@163.com。

*通信联系人，E-mail: zhangjun@njtech.edu.cn。

由江苏省产学研联合创新资金-前瞻性联合研究项目(BY2013005-01)资助。