增韌劑及β成核劑對無規(guī)共聚聚丙烯結(jié)構(gòu)與性能的影響

孫沛昌 (唐山三友集團(tuán)興達(dá)化纖有限公司,河北 唐山 063305)

聚丙烯是一種工業(yè)生產(chǎn)的主要建筑材料，其需求量和發(fā)展速度已經(jīng)在不斷提升，其中的大部分產(chǎn)品被用于注塑、均聚物以及共聚物的生產(chǎn)，禁燒少部分被用于生產(chǎn)無規(guī)共聚級產(chǎn)物，但目前所生產(chǎn)的各類無規(guī)共聚級產(chǎn)物都具有著價格低廉、性能穩(wěn)定、加工性強(qiáng)等特點(diǎn)。

1 無規(guī)共聚聚丙烯的結(jié)構(gòu)和性能

1.1 無規(guī)共聚聚丙烯的結(jié)構(gòu)

無規(guī)共聚聚丙烯材料是聚丙烯材料當(dāng)中的一種，也被稱為三型聚丙烯，其生產(chǎn)時時采用丙烯、乙烯聚合反應(yīng)而產(chǎn)生的，其單體重量范圍一般保持在1%到6.5%之間，部分產(chǎn)品更高。其結(jié)構(gòu)是以丙烯為基礎(chǔ)，在其分子鏈當(dāng)中無規(guī)律地插入乙烯單體，或分散插入乙烯單體而生成，其中有75%以上的乙烯單體采用的是單分子插入當(dāng)時，而25%左右的乙烯分子則采用的是多分子插入方式。

1.2 無規(guī)共聚聚丙烯的性能

在共聚聚丙烯分子當(dāng)中無規(guī)律地插入乙烯分子，其必然會導(dǎo)致無規(guī)共聚聚丙烯的晶體排列發(fā)生變化。由于其在合成過程中采用的是無規(guī)律的插入方式，因此會導(dǎo)致這一材料的剛度較普通聚合材料要低很多，但是這種材料的抗沖擊性能和透明度卻大大提高。由于這種材料本身的結(jié)晶度較低，因此與其它材料相比，這種磁療的密度和熔點(diǎn)也會隨之降低。舉例說明，當(dāng)無規(guī)共聚聚丙烯材料當(dāng)中的乙烯體積由原來的2.5%增加到9.0%時，這種材料的結(jié)晶度就會從原有的48%降低到38%，同時，材料本身的熔點(diǎn)也會有所降低。但需要注意的是，乙烯分子比例增加到7%時，其熔點(diǎn)可以降低到120℃，如果繼續(xù)增加乙烯分析的比例，對熔點(diǎn)將不會造成太大的影響，因此可以將7%作為判斷熔點(diǎn)的臨界值。

2 增韌劑對無規(guī)共聚聚丙烯結(jié)構(gòu)和性能的影響

該實(shí)驗(yàn)選擇的材料包括無規(guī)共聚聚丙烯管材、抗氧化劑、增韌劑等，實(shí)驗(yàn)設(shè)備包括電子天平、熱壓機(jī)、干燥箱、轉(zhuǎn)矩流變儀、注射機(jī)、沖擊試驗(yàn)機(jī)、冷凍冰箱、紅外光譜儀、電子顯微鏡等。

首先將無規(guī)共聚聚丙烯管材與增韌劑按比例進(jìn)行混合，并將其放入轉(zhuǎn)矩流變儀內(nèi)進(jìn)行熔融處理，以期的溫度應(yīng)設(shè)定在210℃，轉(zhuǎn)速應(yīng)為每分鐘30轉(zhuǎn)，熔融處理時間為8分鐘。然后利用熱壓機(jī)，在模板溫度為180℃的情況下將其壓制成為厚度在兩毫米的板材，在自然溫度下靜置12小時候用于檢測。分別對制備好的板材進(jìn)行拉伸測試、沖擊測試，然后利用電子顯微鏡對板材的結(jié)構(gòu)變化進(jìn)行觀察。還需要采用液氮和動態(tài)熱機(jī)械測試方法，對板材在零下50℃和零上120℃環(huán)境下發(fā)生的變化。

本次實(shí)驗(yàn)采用熔融技術(shù)將無規(guī)共聚聚丙烯與增韌劑進(jìn)行混合，所壓制而成的板材在紅外光譜儀的觀察下可以看出，其材料的抗裂性能得到了很大的提高。同時，分別在室溫、低溫以及高溫環(huán)境下對材料進(jìn)行沖擊和拉伸測試，材料本身所表現(xiàn)出的質(zhì)量性有了大幅度的提升。但是在增韌劑增加比例達(dá)到10wt%時，材料的抗裂性達(dá)到了一個峰值，再加大比例混合后對材料韌性的增加沒有較大的影響。增韌劑主要是加固了材料本身的分子網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，進(jìn)而提升了材料本身分子間的粘結(jié)強(qiáng)度，提升了無規(guī)共聚聚丙烯的韌性。

2.1 β成核劑對無規(guī)共聚聚丙烯結(jié)構(gòu)和性能的影響

現(xiàn)代所生產(chǎn)的無規(guī)共聚聚丙烯材料當(dāng)中，主要是生成α晶體，這種晶體的綜合性能較強(qiáng)，能夠增加材料本身的硬度和耐磨性，但是也存在著較大的缺點(diǎn)，包括抗沖擊性較差，形變溫度較低等，而這也就使得這類材料的應(yīng)用范圍被限制。而利用β成核劑則可以提高材料當(dāng)中β晶體的含量，提高其抗沖擊性和抗性變性質(zhì)。

實(shí)驗(yàn)所需材料包括無規(guī)共聚聚丙烯、酰胺類β成核劑、稀土類β成核劑等，實(shí)驗(yàn)設(shè)備包括電子天平、熱壓機(jī)、干燥箱、轉(zhuǎn)矩流變儀、注射機(jī)、沖擊試驗(yàn)機(jī)、冷凍冰箱、紅外光譜儀、電子顯微鏡等。將無規(guī)共聚聚丙烯按比例與β成核劑進(jìn)行混合，并利用轉(zhuǎn)矩流變儀對其進(jìn)行熔融處理，溫度應(yīng)設(shè)為210℃，時間為8分鐘，同樣采用熱壓機(jī)對其進(jìn)行壓片處理，靜置12小時后進(jìn)行檢測實(shí)驗(yàn)。分別對制備好的板材進(jìn)行拉伸測試、沖擊測試，然后利用電子顯微鏡對板材的結(jié)構(gòu)變化進(jìn)行觀察。還需要采用液氮和動態(tài)熱機(jī)械測試方法，對板材在零下50℃和零上120℃環(huán)境下發(fā)生的變化。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，熔融后材料當(dāng)中的β晶體含量增高，材料的抗拉伸和抗沖擊性能也得到了較大程度的提升，與原實(shí)驗(yàn)材料相比，合成后的實(shí)驗(yàn)材料具有更強(qiáng)的抗性變功能

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