功能协效剂改性聚丙烯(pp)塑料的应用研究

2024-11-25 17:27:11 江西砥石 213

通过特殊表面处理的功能协效剂可提高其自身疏水性,改善功能协效剂在聚丙烯树脂中的分散性,使得聚丙烯材料在拉伸强度、弯曲强度、弹性模量以及弯曲模量等方面有所提高,而在韧性方面略微降低。同时材料的耐温性也得到较大提高。

关键词:协效剂  聚丙烯  热变形温度
当前,随着塑料产业的蓬勃发展,塑料应用领域不断扩大。聚丙烯作为五大通用合成树脂中的一个重要品种,在国内外的发展十分迅速。在全球塑料用五大合成树脂中,聚丙烯的产量约占 1/4 的份额。
2022 年中国五大通用合成树脂的总产能达到8876万吨,其中聚丙烯2965万吨,占总产能的 33.4%。预计未来几年,塑料的应用还会不断增大,随着塑料制品在工程上的应用日益广泛,人们对于塑料改性应用方面的研究不断深入。

实验

实验原料


CSW-70-GX02

江西砥石矿纤技术有限公司

PPJ340

中石化扬子石化有限公司

偶联剂

武汉大学何教授制作

实验设备

SH-35双螺杆挤出机

南京国塑挤出装备有限公司

JZL-D电子万能试验机

扬州市精卓试验机械厂

JZ-5020简支梁冲击试验机

扬州市精卓试验机械厂

热变形维卡测定仪

承德金建检测仪器有限公司



实验方法及过程





协效剂在聚丙烯树 脂中更均匀分散需要与基体材料有很好的亲和性。无机粉体表面处理通常选用的表面改性剂有:不饱和有机酸、高级脂肪酸及其盐类、偶联剂等。偶联剂包括硅烷类、钛酸酯类、铝酸酯类、锆酸酯类以及铝钛复合类。

>> 试样制备

按照不同实验配方要求将协效剂、PP树脂加入双螺杆挤出机挤出造粒,挤出机工艺参数要求:主机转速 300r/min;牵引速度 150r/min;机头温度 200℃;加热段 1~9 区的温度分别为 170℃,180℃,190℃,200℃,210℃,210℃,210℃,200℃;机头温度 200℃;物料 190℃。将造粒好的粒料置于 95℃鼓风干燥箱内干燥 2h,然后用注塑机注塑成标准样条待检测。

>> 性能测试
拉伸性能检测按照 GB/T1040.2-2022 测试,拉伸速率为 50mm/min;
弯曲性能检测按照 GB/T 9341-2008 测试,弯曲速率为 2mm/min;
热变形温度按照 GB/T1634.2-2019 测试。




实验结果与讨论





一、协效剂添加量对 PP 复合材料力学性能的影响

表1 不同协效剂添加量的PP复合材料力学性能

试验编号

协效剂添

加量%

冲击强度

KJ/m2

拉伸强度

MPa

弹性模量

MPa

弯曲强度

MPa

弯曲模量

MPa

1

0

11.14

18.78

1226.43

21.78

1096.18

2

10

10.56

19.54

1553.55

22.24

1174.10

3

20

9.78

21.68

1681.43

25.21

1497.29

4

30

8.83

24.06

1975.49

29.92

2183.63

5

40

8.72

24.96

2001.72

28.76

2204.56

由表 1 可以看出,随着树脂中的协效剂含量的增加,复合材料的冲击韧性呈下降趋势,但下降幅度不大;拉伸强度、弯曲强度、弹性模量和弯曲模量随着含量的增加变大。协效剂在刚性方面表现较为优越。复合材料中协效剂含量不断增加的同时,粒子间的相互碰撞作用也会增加,碰撞的结果会使部分粒子折断破坏结构,从而影响协效剂对复合材料的增强效果。

二、协效剂粒径对PP复合材料力学性能的影响

表2 添加不同粒径协效剂的PP复合材料力学性能

协效剂型号

冲击强度

KJ/m2

拉伸强度

MPa

弹性模量

MPa

弯曲强度

Mpa

弯曲模量

MPa

CSW-60-GX01

6.36

20.61

2402.99

35.58

2015.91

CSW-70-GX01

8.62

23.22

2131.77

33.45

1682.52

CSW-80-GX02

10.12

19.38

1798.92

29.49

1831.37

不仅协效剂添加量对复合材料力学性能产生影响,而且协效剂的粒径也会对材料力学性能产生较大影响。由表 2 数据可以看出,不同粒径的协效剂粉体对 PP 改性的贡献有着明显不同:协效剂粒度越大对材料的强度、刚性方面贡献比较明显,粒径越细、长径比较小时对材料的韧性贡献较好。但是粒径过大时会与基体树脂结合中存在微观分层现象使复合材料无法形成有机整体,不但不能提高其材料的力学性能,反而会造成制品内部缺陷,容易造成制品应力性破坏,所以应根据制品要求选择合适粒径的协效剂进行填充改性。

三、协效剂添加量对 PP 复合材料耐温性的影响

表3 不同协效剂添加量的PP复合材料热变形温度

协效剂含量,%

0

10

20

30

热变形温度,

71.1

91.2

95.6

102.9

影响塑料制品使用的热性能主要为耐热温度和耐低温温度。耐热温度主要可用热变形温度、马丁耐热温度及维卡软化点表示,耐低温温度一般用脆化温度表示。本实验主要以热变形温度作为衡量塑料耐热性能高低 的指标进行研究,以NCS-60-GX01 协效剂按不同比例添加至 PPJ340 塑料制得复合材料并按标准要求测试其热变形温度,结果如表3 所示。可见,协效剂在增强塑料的力学性能的同时,由于其本身优越耐温性可明显改 善塑料的耐温性,协效剂添加 30%时热变形温度比纯PP树脂提高将近 60%,明显拓宽塑料的应用领域和使用范围。


实验结论





(1)资源丰富的协效剂被充分利用到聚丙烯树脂的填充改性上后,复合材料的多项指标大幅度提 高,减少树脂用量,降低成本。

(2)协效剂表面改性的效果直接影响其在树脂中的填充效果。
(3)根据实验要求选择合适的粒径及长径比的协效剂才能达到理想效果,并非粒径越小长径比越大就能达到理想效果.
(4)合适的添加比例才能体现出协效剂的特有性能。
(5)协效剂对提高 PP 塑料的耐热性有比较直观的帮助,而且对材料的加工性能不会产生太大影响。