聚甲醛與不同牌號(hào)聚丙烯共混改性研究

姚 強(qiáng)，王 林，袁 煒，李瑞龍，焦洪橋，李彥鵬，胡 琳

（國(guó)家能源集團(tuán)寧夏煤業(yè)有限責(zé)任公司，寧夏 銀川 750411）

聚丙烯是當(dāng)今世界第二大通用塑料，產(chǎn)量?jī)H次于聚乙烯。聚丙烯具有力學(xué)性能優(yōu)良、加工性能好、密度低、無(wú)毒、絕緣、耐熱、耐腐蝕等優(yōu)良性能，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、建筑、醫(yī)療衛(wèi)生、日常生活等領(lǐng)域。但是聚丙烯也存在強(qiáng)度較低、熱變形溫度和硬度不高、浸潤(rùn)性和印染性差等不足，在一定程度上限制了其應(yīng)用范圍，因此聚丙烯改性具有重要的意義[1-6]。

聚甲醛是一種性能優(yōu)良的熱塑性工程塑料，具有比聚丙烯更高的熱變形溫度、強(qiáng)度、模量、硬度以及良好的自潤(rùn)滑作用，且熔點(diǎn)和加工溫度與聚丙烯相近[7-9]。因此，可以考慮利用聚丙烯和聚甲醛的性能互補(bǔ)性優(yōu)勢(shì)，通過(guò)二者的共混改性，提升聚丙烯的性能。本文研究了聚甲醛與3種不同牌號(hào)聚丙烯共混產(chǎn)品的性能。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要原料與儀器

均聚聚丙烯1102K[熔融指數(shù)3.5g·(10min)-1]，均聚聚丙烯1100N[熔融指數(shù)11g·(10min)-1]，共聚聚丙烯2500H[熔融指數(shù)2.5g·(10min)-1]，共聚聚甲醛MC90[熔融指數(shù)9.0g·(10min)-1]。

ZSK26型雙螺桿擠出造粒機(jī)，DHG-9245A型鼓風(fēng)干燥箱，BT80V-Ⅱ型注塑機(jī)，MFI-2322型熔體流動(dòng)速率儀，XS204真密度測(cè)試儀，DSC200F3型差示掃描量熱儀，KBF240型恒溫恒濕儀，CEAST AN50型缺口制樣機(jī)，BX51型偏光顯微鏡，CEAST HV6型熱變形維卡特測(cè)試儀，CEAST 9050型沖擊試驗(yàn)機(jī)，INSTRON 5966型萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)。

1.2 樣品制備

將聚丙烯和聚甲醛分別通過(guò)失重計(jì)量喂料稱(chēng)，按照配方比例下料到雙螺桿擠出機(jī)進(jìn)料料斗，通過(guò)雙螺桿擠出機(jī)混煉、擠出、造粒，得到共混物。擠出機(jī)負(fù)荷 25 kg·h-1，螺桿轉(zhuǎn)速 350 r·min-1，擠出機(jī)筒體各段溫度：180～195℃。

將樣品在80℃下真空烘干2h，注塑成測(cè)試樣條。注塑機(jī)螺桿各段溫度依次為210℃、215℃、220℃、220℃，模具溫度45℃，在9.5MPa壓力下注射2s，8.2MPa下保壓23s，冷卻45s，開(kāi)模取出樣條。

樣條在溫度23℃、濕度50%的恒溫恒濕箱中經(jīng)過(guò)48h狀態(tài)調(diào)節(jié)后，進(jìn)行力學(xué)性能測(cè)試。

1.3 性能測(cè)試

熔體流動(dòng)速率依據(jù)GB/T 3682-2000標(biāo)準(zhǔn)測(cè)定；密度依據(jù)GB/T 1033.1-2008標(biāo)準(zhǔn)，按照A法（浸漬法）測(cè)定；熱變形溫度測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)為GB/T 1634.2-2004；沖擊性能測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)為GB/T 1043.1-2008；拉伸性能測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)為GB/T 1040.2-2006，拉伸速率為50 mm·min-1；彎曲性能測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)為GB/T 9341-2008，測(cè)試速率為2 mm·min-1；熔融溫度測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)為GB/T 19466.3-2004，采用差式掃描量熱分析法（DSC）測(cè)定；結(jié)晶形態(tài)采用偏光顯微鏡測(cè)試。

2 結(jié)果與討論

2.1 聚丙烯1102K與聚甲醛MC90共混

均聚聚丙烯1102K與聚甲醛MC90共混體系的性能如表1所示?？梢钥闯?，隨著聚甲醛含量提高，共混物的熔體流動(dòng)速率逐漸提高。與純1102K相比，加入MC90后，共混物的拉伸模量、彎曲強(qiáng)度、彎曲模量明顯增加，說(shuō)明MC90在共混體系中起到了明顯的增強(qiáng)作用。拉伸強(qiáng)度隨MC90的增加，呈先提高后降低的趨勢(shì)。MC90含量小于10%時(shí)，其缺口沖擊強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率高于純1102K，MC90含量大于10%時(shí)，其缺口沖擊強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率較純1102K有明顯降低，可能是MC90含量較高時(shí)，共混體系的相容性變差。上述結(jié)果表明，聚甲醛含量較低時(shí)，共混體系有較好的相容性，力學(xué)性能提高；聚甲醛含量較高時(shí)，共混體系的相容性變差，造成力學(xué)性能損失。

2.2 聚丙烯1100N與聚甲醛MC90共混

均聚聚丙烯1100N與聚甲醛MC90共混體系的性能如表2所示?？梢钥闯?，共混物熔體流動(dòng)速率的變化不大，原因是共混原料的熔體流動(dòng)速率比較接近。共混物的密度隨MC90比例的提高略有增加，這是因?yàn)镸C90的密度要明顯高于1100N。共混物的拉伸強(qiáng)度和沖擊強(qiáng)度略有提高，彎曲模量和負(fù)荷變形溫度明顯提高，說(shuō)明MC90對(duì)1100N有較好的增強(qiáng)效果。

2.3 聚丙烯2500H與聚甲醛MC90共混

共聚聚丙烯2500H與聚甲醛MC90共混體系的性能如表3所示?？梢钥闯?， 共混物的拉伸性能變化不大。共混物的沖擊強(qiáng)度，隨MC90加入量的增加，呈先提高后降低的趨勢(shì)，聚甲醛加入量為3%時(shí)，沖擊強(qiáng)度提高了約8.0%。共混物的彎曲強(qiáng)度和彎曲模量，都隨MC90加入量的增加逐漸提高，MC90加入量為5%時(shí)，彎曲強(qiáng)度提高了7.9%，彎曲模量提高了10.0%。

表1 1102K/MC90共混體系性能Table 1 1102K/MC90 blend system performance

表2 1100N/MC90共混體系性能Table 2 1100N/MC90 blend system performance

表3 2500H/MC90共混體系性能Table 3 2500H/MC90 blend system performance

2.4 PP/POM共混產(chǎn)品工業(yè)應(yīng)用試驗(yàn)

2.4.1 編織袋工業(yè)應(yīng)用

將1102K/MC90=95/5的共混產(chǎn)品在中富能源公司編織袋生產(chǎn)線上進(jìn)行了工業(yè)應(yīng)用試驗(yàn)。結(jié)果表明，共混物在拉絲過(guò)程中可連續(xù)穩(wěn)定生產(chǎn)，沒(méi)有出現(xiàn)斷絲現(xiàn)象，所拉出扁絲的強(qiáng)度和韌性優(yōu)于純1102K；織出的編織袋其橫向拉伸性能與純1102K相當(dāng)，縱向拉伸性能優(yōu)于純1102K，印染過(guò)程中發(fā)現(xiàn)袋子的著色性好，印染性能有所提高。

2.4.2 注塑產(chǎn)品工業(yè)應(yīng)用

將1100N/MC90=90/10的共混產(chǎn)品在聚丙烯注塑加工企業(yè)進(jìn)行了工業(yè)應(yīng)用試驗(yàn)，注塑制備了飛機(jī)場(chǎng)填充板、果汁機(jī)和水果籃等制品。結(jié)果表明，制品的硬度、表面光澤度等都有所提高，其他性能與純1100N制品相當(dāng)，滿足使用要求。

3 結(jié)論

1）1102K/MC90共混體系，隨著MC90含量的提高，共混物的熔體流動(dòng)速率逐漸提高；MC90含量較低時(shí)，共混體系有較好的相容性，力學(xué)性能提高；MC90含量較高時(shí)，共混體系的相容性變差，造成力學(xué)性能損失。

2）1100N/MC90共混體系，共混物的熔體流動(dòng)速率變化不大，密度隨MC90的比例提高略有增加，MC90對(duì)1100N有較好的增強(qiáng)效果。

3）2500H/MC90共混體系，共混物的沖擊性能和彎曲性能得到有效提高，拉伸性能變化不大，同時(shí)表現(xiàn)出增韌和增剛的效果。

4）將不同牌號(hào)的聚丙烯與聚甲醛的共混產(chǎn)品在編織袋和注塑工業(yè)上進(jìn)行工業(yè)應(yīng)用，制品的綜合性能有所提高。