工艺条件对超高黏度增强聚丙烯材料性能的影响研究

冯爱国

摘 要：聚丙烯（PP）由于其成本水平低、性能优等方面的优势之处，引起其得到了较为广泛地应用。为了满足产品的特殊性能，上个世纪四十年代，随着纤维增强塑料复合材料的产生，玻纤增强PP复合材料得到非常广泛地应用，尤其是被应用于工程领域。由于GF增强的PP在性价比方面，要比其他常见的工程塑料更加优越。所以说，对玻纤增强PP复合材料的研究也是现阶段增强树脂复合材料非常活跃的一个重要内容。因将玻璃纤维引入其中，势必会对PP材料性能产生较大的影响，尤其是在力学性能方面产生的影响非常之大。本研究通过试验的方法，着重探讨了工艺条件对高粘度增强PP材料性能产生的影响，旨在为优化高粘度增强PP材料性能提供切实可行的依据与参考。

关键词：工艺条件;超高粘度增强聚丙烯材料;性能;影响

PP作为一种十分常见的塑料材料，具备很多方面的优势之处，诸如：密度水平低、力学性能佳、耐热性好、价格低廉以及加工性能好等方面的优点，常常被用于汽车、电器、化工以及建筑等方面的行业。然而，也存在成型收缩率达、热变形温度低以及低温脆性等方面的不足之处。近年来，对玻纤增强PP材料有非常多和深入的研究。随着工程、电器以及汽车等行业的不断发展，对PP的各项性能提出了全新的、更高的要求。然而，若要优化其性能，那么就应该选择一种合适的工艺条件。本研究着重探讨了工艺条件对超高粘度增强PP材料的基本性能所产生的影响进行分析。

1 试验部分

1.1主要原材料

PP：PPH-Z30S，由中石油化工股份有限公司提供;马来酸酐接枝聚丙烯（PP-g-MAH）：KT-1，均购自于沈阳科通塑胶有限公司;短切纱（ECS305K-3）、直接纱（ER4305PM-1200）：均购自于重庆国际复合材料有限公司。

1.2 仪器设备

（1）低速混合仪（泰升塑料机械有限公司生产，型号为SHR-200型）;（2）同向双螺杆挤出机（南京鸿铭挤出设备有限公司生产，型号为：SHJ-36B型）;（3）塑料注塑成型机（宁波市海达塑料机械有限公司生产，型号为：HDX-50型）;（4）扫描电子显微镜（SEM）（日本电子株式会社生产，型号为：JSM-6460LV）;（5）塑料摆锤冲击试验机（型号为：ZBC1400-B型）;（6）微机控制电子万能试验机（型号为：CMT-4204型）。

1.3 试样

主要包括：（1）PP-30G1：PP共65份、PP-g-MAH共5份、短切纱共30份，工艺为直接挤出;（2）PP-30G2：PP共65份，PP-g-MAH共5份、短切纱共30份，工艺为侧喂料挤出;（3）PP-30G3：PP共65份，PP-g-MAH共5份、直接纱共30份，工艺为长纤挤出;（4）PP-30G4：PP共65份，PP-g-MAH共5份、直接纱共30份，工艺为包覆法。

2 结果与讨论

2.1 工艺条件对超高粘度增强PP材料的翘曲程度的影响

经注塑成型的方形试片在室温条件下，静置24小时之后，出现如下图所示的变形情况，具体翘曲度变化情况见下右表所示：

已有相关研究结果显示：导致超高粘度增强PP注塑品地翘曲度发生变形的一个非常常见的因素为成型收缩度不均匀。实际生产过程当中，因各个方向上不同的收缩会导致制品产生翘曲。从左图可以看出，纯PP试片基本上没有任何翘曲度，其他试片均存在显著的翘曲变形。因玻纤等方面因素的影响，导致超高强度增强PP材料会在不同方向出现不同的收缩度。结合上表中的相关数据，可以得知：PP-30G1的翘曲度水平最大，翘曲度水平最小为PP-30G4。

2.2 超高粘度增强PP材料力学性能的影响分析

经试验研究，得出如下結果：PP-30G1、PP-30G2、PP-30G3以及PP-30G4的MFR值分别降低15.25%、38.29%、29.38%以及50.09%。根据上述数据可以看出：在玻璃纤维含量保持不变的条件下，玻璃纤维长度越长，增强PP材料就具有更差的流动性。反之，其流动性则更佳。流动性最大的是PP-30G1、最差的是PP-30G4。

3 结论

根据上述研究结果，可得出如下两个方面的研究结论：（1）与侧喂挤出材料PP-30G2比较，直接挤出材料PP-30G1中玻纤经过的螺杆长度以及剪切等方面的作用较强，PP材料中玻纤长度较小;而长纤挤出材料PP-30G3中的玻纤经过的螺杆长度与剪切作用，与PP-30G2比较接近，而包覆盖法玻纤材料PP-30G4长度最大。（2）超高粘度增强PP材料的翘曲度要显著大于原材料树脂，材料的翘曲度与玻纤长度存在一定的关系，当玻纤含量一定时，玻纤长度越小，翘曲度水平则越大;反之，则翘曲度水平越小。

参考文献：

[1]侯菊红.聚丙烯注塑制品翘曲变形的研究[J].家电科技，2009（11）：52-53.

[2]胡帅领，白时兵，王琪，等.玻纤增强共聚聚丙烯高性能化的研究[J].塑料工业，2011，39（3）：56-63.

[3]汪克风，吕家杰，刘珍元，等.玻纤增强PP复合材料的研究[J].广东化工，2013，40（3）：1-8.

[4]张勇，邓益民.薄壳注塑件翘曲变形的优化[J].轻工机械，2009，27（4）：18-22.

[5]张宁，李忠恒，陶宇，等.长玻纤增强聚丙烯复合材料的研究[J].塑料工业，2006，34（12）：29-32.