PP/EVA复合材料结构的分析

胡红伟

摘 要：本文采用雙螺杆挤出机对聚丙烯（PP）和乙烯-醋酸乙烯酯共聚物（EVA）进行共混挤出。考察了PP不同含量对PP/EVA复合材料结构的影响。通过傅里叶红外光谱（FTIR）和电子扫描显微镜（SEM）等对样品进行了测试与表征。

关键词：聚丙烯 辐射交联 分散相 共混结构

聚丙烯材料（PP）是一种广范应用的工程塑料，具有良好的物理和化学性能。EVA是一种优良的树脂，具有良好的柔软性和橡胶一样的弹性，两者混合可得到不同性能的复合材料。因此，对EVA/PP体系的研究，报道较多。在文献中，研究者通过两种方式采用SEM对EVA在PP中的分散状态进行研究：1）直接喷金进行观察；2）采用有机溶剂把EVA相刻蚀掉，然后进行观察。研究者研究了EVA在PP中的分散情况，而PP在EVA中的分散研究报道基本没有。其原因可能是绝大多数溶剂能把PP溶解掉，同时也能把EVA溶解掉，对形貌的观察造成困难。

本文采用PP与EVA进行共混挤出，研究了不同含量PP对PP/EVA共混体系结构性能的影响，使用电子束辐射法使EVA交联，并使用溶剂把PP相刻蚀掉，考察了PP在PP/EVA共混体系的分散形态。

1、实验

1.1 主要原料与仪器

EVA，（14-2），北京有机化工公司；PP，（T30S），上海石化公司；四氢呋喃（THF），（AR），国药集团公司；傅里叶红外光谱仪（FT-IR），AVATAR 370 型，美国NICOLET公司；扫描电子显微镜（SEM），LEO 1530VP，德国LEO公司。

1.2 样品制备

按照不同比例，在双螺杆挤出机（PTW16，德国哈克公司）上挤出，挤出温度175 ℃，然后在180℃下压成厚为1mm的片材。

1.3 性能测试与结构表征

（1）凝胶含量：用THF在索氏抽提器中抽提48小时，凝胶含量用式（2）计算。

（2）

式中，GC表示凝胶含量；w0 表示抽提前样品的重量；w1表示抽提后样品的重量。

（2）FTIR分析：放到傅里叶红外变换光谱仪上，采用反射法进行测试。

（3）SEM分析：样品首先采用电子束进行辐照交联，然后在液氮中脆断，随后用THF抽提48小时，真空下喷金，然后用SEM对其断面进行观察，加速电压10 kV。

2、结果与讨论

根据PP和EVA在空气中的辐射效应，PP为辐射降解型聚合物，而EVA则是辐射交联型聚合物。从凝胶含量变化曲线图（图1）上可以看出，随着吸收剂量的增加，EVA的凝胶含量不断增加，而当吸收剂量超过250kGy时，EVA的凝胶含量增加极少，所以，本实验选用300kGy的吸收剂量对PP/EVA复合材料样品进行辐照。然后用THF抽提48小时。图2为50%PP样品抽提前后的红外光谱图，从图2中可以看出，抽提后的曲线（图2 （b））较抽提前的曲线（图2（ a）），PP中-CH3的特征吸收峰消失（如，2952cm-1， 1165cm-1 和973cm-1 等），说明PP/EVA复合材料中PP相被抽提掉。图3是不同PP含量下复合材料的SEM图。PP-10中（图3（a）），EVA含量较多，抽提后有缝隙状条纹出现，说明PP在PP/EVA中是呈带状分布的；当PP含量为30w%时（图3（b）），PP被抽提去除后形成的小孔清晰可见，且孔隙的大小相对均一，表明共混体系中EVA相与PP相混合均匀呈海岛结构，并且PP为分散相，EVA为连续相。随着PP组分含量的进一步升高，出现双连续相，呈现出互穿结构（图（c）和图（d）），而当EVA组分含量的再降低，EVA逐步成为分散相，而PP则成为连续相。从SEM图片中可以看到，不同比例共混物中PP和EVA这两相的分布都是均匀的。

3、结论

本实验研究了不同PP含量对PP/EVA体系的影响。着重考察了PP/EVA体系的结构和机械性能。结论概述如下：

（1）对样品进行分层，然后采用红外光谱仪进行测试分析，结果表明样品内部和外部两相的分布是一致的，说明了在加工的过程中两相混合是均匀的。

（2）采用EVA电子束辐照交联的方法，THF抽提掉PP相，再用电子显微镜观察，结果表明随着PP含量的增加，PP/EVA共混体系先后呈现均匀的海岛结构和互穿结构。

参考文献

[1]Abdel-Hamid H M. Effect of electron beam irradiation on polypropylene films—dielectric and FT-IR studies[J]. Solid-state electronics， 2005， 49（7）： 1163-1167.

[2]Shin S H， Petrov S. Crosslinking and degradation of polypropylene by electron beam irradiation in the presence of trifunctional monomers[J]. Radiation Physics and Chemistry， 2004， 69（3）： 239-244.

[3]Poncin-Epaillard F， Chevet B， Brosse J C. Modification of isotactic polypropylene by a cold plasma or an electron beam and grafting of the acrylic acid onto these activated polymers[J]. Journal of applied polymer science， 1994， 53（10）： 1291-1306.