摘要
聚丙烯(PP)是五大通用塑料之一,具有耐高温、耐腐蚀、密度小等优点,且易于成型加工、价格便宜,现已成为五大通用塑料中发展最快的品种。但由于其冲击强度和拉伸强度较低,很大程度上限制了其在工程中的应用。本文对聚丙烯进行了共混增强增韧改性的研究。采用机械共混的方法制备PP/EVA、PP/SBS、PP/硅灰石、PP/玻璃纤维、PP/硬沥青等五大共混体系。着重对共混体系的力学性能(拉伸强度、冲击强度)、结晶性、相态形貌进行了测试与分析。同时对短切纤维增强聚丙烯复合材料中短切纤维在复合材料种的长度及复合材料的界面性能、力学性能等进行了研究,得出玻璃纤维的加入提高了材料的力学强度。为了提高各共混体系之间的界面结合强度,本文采取对各个体系加入增容剂PP-g-MAH的方法。结果表明:增容剂的加入不同程度地提高了各体系的力学性能。另外对PP-g-MAH采用正交实验的方法来研究,从而确定出最优的各组分配比及最佳挤出工艺条件。
The polypropylene (PP) is one of the five kinds of main general plastics. It possesses thermostable, chemical resistance, low density properties. Now, it has become progress quickest species in the five general plastics. However, the poor impact properties and tensile strength limit some of its application in engineering. In this paper, PP’s blending, reinforcing and toughening were studied. Several blending systems, including PP/EVA, PP/SBS, PP/wollastonites, PP/GF and PP/hard asphalt were prepared with the method of mechanical blending. The mechanical properties (such as tensile strength and impact strength), crystallinity, and morphology of the blending were tested and studied. We studied the length of fiber in composites, the interface characteristic, mechanical properties in short glass fiber reinforced PP composites. Experiment result showed the adding glass fiber improved mechanical properties of PP/GF composites. In order to enhance interphase adhesion, maleic anhydride grafted polypropylene (PP-g-MAH) was used as compatibilizer to add PP blending. The results showed adding compatibilizer improved the mechanical of blending. In addition, PP-g-MAH’s process parameters were investigated by orthogonal experiment method, from which the optimum mixing proportions and extrusion conditions were concluded.
引文
[1] 王文广.塑料材料的选用[M].第一版.北京:化学工业出版社,2001
[2] 赵敏等.聚丙烯新材料[M].第一版.北京:化学工业出版社,2002
[3] 杨维红.聚丙烯发展近况[J].石油化工,2001,30(4):319-324
[4] 李志英.聚丙烯改性及应用进展[J].广西化纤通讯,1997,2:41-43
[5] 秦岭.聚丙烯需求量快速增长[J].中国化工信息,2002,15:12-14
[6] 舒朝霞.2001 年我国五大合成树脂市场分析及未来展望[J].石化市场论坛,2002,5:1-5
[7] 孟翠省.聚丙烯改性技术进展及新产品开发[J].化工新型材料,2003,31(12):1-5
[8] 凌绳.聚合物材料[M].第一版.北京:中国轻工业出版社,2000
[9] 鲍鸿杰,何继敏.聚丙烯改性技术发展[J].塑料科技,2000,6:40-43
[10] 刘星,孙颜文.汽车用聚丙烯开发应用[J].合成树脂及塑料,2005,22(3):75-79
[11] 郑水林.粉体表面改性[M].第一版.北京:中国建材工业出版社,2003
[12] 赵孝彬,杜磊,张小平.聚合物共混物的相容性及相分离[J].高分子通报,2001,4:75-78
[13] 吴培熙,张留成.聚合物共混改性[M].北京:中国轻工业出版社,1996
[14] Olagoke Olabisi, Lloyd M.Robesen, Montgomery T. Show Polymer-polymer Miscibility[M]. London: Academic Press, 1979:182-184
[15] 唐萍,李光宪,黄锐.多组分聚合物体系热力学理论研究进展[J].高等学校化学学报,1998,19(3):477-482
[16] 郑学晶,李忠明等.极不相容共混体系形态的研究[J].中国塑料,1999,13(2):27-32
[17] 邓本诚,李俊山.橡胶塑料共混改性[M].第一版.北京:中国石化出版,1996
[18] 张丽叶.挤出成型[M].第一版.北京:化学工业出版社,2002
[19] 宣兆龙,易建政.聚丙烯的共混改性研究[J].塑料科技,1999,134(6),17-20
[20] 张建耀,刘少成,许平.EVA 改性硅烷交联聚乙烯绝缘料[J].合成树脂及塑料,2005,22(4):46-49
[21] 郭青筠,许志鸿,黄彭.EVA 对沥青的改性功能的研究[J].中国市政工程,2005,1:9-17
[22] A.Riva,G.Camino, L.Fomperie, P.Amigouet. Fire retardant mechanisum in intumescentethylene vinyl acetate compositions[J]. Polymer Degradation and Stability, 2003, 82: 341-346
[23] M.Mihailova, M.Krestcva, N.Aivazova. X-ray investigation of polypropylene and poly(ethylene-covinyl acetate) blends irradiated with fast electrons WAXS investigation of irradiated i-PP/EVA blends[J]. Radiation Physics and Chemistry, 1999, 56 :581-589
[24] 张学东,刘浙辉.PP/EVA-15 共混物的研究[J].中国塑料,1996,10(2):12-15
[25] 沈金安.改性沥青与 SMA 路面[M].第一版.北京:人民交通出版社,1998
[26]丁浩.塑料工业使用手册[M].第二版.北京:化学工业出版社,2000
[27] 罗运军,李杰,王晓青.塑料冲击改性剂与加工改性剂[M].第一版.北京:化学工业出版社,2003
[28] 方少眀,周立明,白宝丰.SBS/EVA 改性 PP 力学性能的研究[J].弹性体,2001,11(6):9-11
[29] 杨春怀,杨军中.微型汽车仪表盘专用料的研制[J].塑料工业.1997,25(1):93-95
[30] Kim.Particulate filled polypropylene: structure and properties in polypropylene blends and composites[J]. Jounal of applied polymer science.1996,60(12):2199-2204
[31] 孙载坚.塑料增韧[M].第一版.北京:化学工业出版社,1982
[32] 杨枫,杨琪,杨云波.PP/POE/PE 共混改性的研究[J].石化技术与应用,2002,10(4):239-242
[33] 周正亚,陈显东,杨晓华.聚丙烯共混增韧改性研究[J].现代塑料加工应用,1998,10(4):1-5
[34] J.Loos, M.bonnet, J.Petermann. Morphologies and mechanical properties of syndiotactic polypropylene (sPP) /polythylene (PE) blend[J]. Polymer,2000,41:351-356
[35] A.C.Y.Wong,F.Lam.Study of selected thermal characteristics of polypropylene/polyethylene binary blends using DSC and TGA[J].Polymer Testing,2002,12:691-696
[36] 曹民干,乔雷.聚丙烯/聚乙烯共混合金中聚乙烯的含量对性能的影响[J].绝缘材料,2003,6:25-27
[37] 汪晓东.高分子量聚乙烯 /聚丙烯共混体系流变行为及形态研究 [J].高分子学报,1994,(4):486-489
[38] 杨军,李炳海.UHMWPE 改性 PP 的结晶行为和亚微观形态研究[J].塑料,1998,27(4):32-35
[39] 李笃信,贾德民.PP/PA 共混改性研究进展[J].工程塑料应用,1998,26(10):27-30
[40] 邱有德,熊政治.增强 PA6/PP 合金的研究[J].现代塑料加工应用,1997,9(4):1-6
[41] Sathe S.N.Inflence of phase microstructure on the mechanical properties of tenary phase polypropylene composites[J]. Journal of applied polymer science,1996,62(5):892-897
[42] Bertil Ohlsson,Helen Hassander,Bertil Tornell.Efeect of mixing procedure on the morphology and properties of compatibilized polypropylene/polyamide blends[J]. Polymer, 1998, 39(20):4715-4721
[43] Tao Tang,Zhongli Lei,Baotong Huang.Studies on morphology and crystallization of polypropylene/polyamide 12 blends[J]. Polymer,1996,37(15):3219-3226
[44] 刘英俊,刘泊元.塑料填充改性[M].第一版.北京:中国轻工业出版社,2000
[45] Karauchi, Ohat. Energy absorption in blends of polycarbonate with ABS and SAN[J]. Journal of Mat Science, 1984, 19:1699-1672
[46] 漆宗能,朱晓光.聚合物增韧研究进展[J].材料研究学报,1997,11(6):623-634
[47] 欧玉春,刘晓萍等.界面改性剂在聚丙烯/高岭土二相复合体系中的应用[J].高分子学报,1996,27(1):59-63
[48] 贺昌城,任世荣.硅灰石对 PP 力学性能的影响[J].工程塑料应用,1999,27(6):9-13
[49] 吴永刚,马懿,李敬泽等.无机刚性粒子增韧 PP 的研究[J].中国塑料,1999,13(4):29-32
[50] 欧玉春.刚性粒子填充聚合物的增强增韧与界面相结构[J].高分子材料科学与工程,1998,14(2):12-15
[51] 杨春蓉.硅灰石/聚丙烯复合材料的制备及界面机理研究:[硕士学位论文].北京:中国地质大学,2003
[52] 朱晓光,李兰,王德禧等.壳/核结构复合分散相对 PP/硅灰石/EPDM 体系力学性能的影响[J].高分子材料科学与工程,1998,14(1):115-118
[53] 赵孝彬,杜磊,张小平.聚合物共混物的相容性及相分离[J].高分子通报,2001,4:75-78
[54] 罗付生,赵锁奇,徐春明.硬沥青一种新型的高分子添加材料[J].塑料,2005,34(1):32-34
[55] Liu z,Gilbert M.Structure and properties of talc-filled polypropylene: effect of phosphate coating[J]. Journal of applied polymer science,1996,59(7):1081-1086
[56] L.J.Michot,F.Villieras. Multistage wet grinding of talc:relation between phusico-chemical parameters of the filler and mechanical properties of filled polypropylene[J]. Journal of materials science, 1993,28:1856-1866
[57] C.O.Hammer,F.H.J.Maurer.Control of the structure and properties of barium sulphate-filled blends of polypropylene and ethylene propylene copolymers[J]. Journal of materials science, 1996,34:5911-5918
[58] Li Dongming,Zheng Wenge.The J-Intergral fracture toughness of PP/CaCO3 composites[J]. Journal of materials science, 1994,32:3754-3758
[59] 林志丹,麦堪成.聚丙烯基纳米复合材料的物理性能[J].高分子材料科学与工程,2003,19(5):19-23
[60] 晋日亚,王培霞.聚丙烯改性研究进展[J].中国塑料,2001,15(2):21-23
[61] 王立新,袁金凤,任利.聚合物基纳米复合材料的研究进展[J].塑料工业,2002,28(6):1-3
[62] 胡圣飞,郦华兴,严海彪.PP/纳米级 CaCO3 复合材料的研究[J].塑料科技,2004,164(6):13-15
[63] 任显诚,白金兰,王贵恒等.纳米级 CaCO3 粒子增韧增强聚丙烯的研究[J].中国塑料,2000,14(1):22-26
[64] Chan,C.M, Wu.J.S. Polypropylene/calcium carbonate nanocomposites[J]. Polymer,2002,43:2981-2992
[65] Masao S, Yastutoshi T,Keizo M.Jensile yield of polypropylene composites filled with ultrafine particles[J]. Materies Science, 1983,18:1758-1764
[66] Rong Mingzhi,Zhang Mingqiu,Zheng Yongxiang.Irradiation graft polymerization on nano-inorganic particle:An effective means to design polymer-based nano-composites.[J]. Materies Science, 2000,19(3):1159-1161
[67] 陶国良,侯寅,任明.纳米 TiO2/PP 复合材料的研究[J].塑料工业,2002,30(1):21-23
[68] 李良训,姚琨,聂伟.纳米材料改善聚丙烯抗紫外性能的研究[J].工程塑料应用,2001,29(10):41-43
[69] 张怀.聚丙烯纳米复合材料应用于汽车部件[J].石油化工,2004,33:756-758
[70] 徐国财,张立德.纳米复合材料[M].北京:化学工业出版社,2002
[71] 戈明亮.聚丙烯纳米复合材料的研究进展[J].现代塑料加工应用,2002,15(1):38-42
[72] R.P.Sheldon.聚合物复合材料[M].第一版.轻工业出版社:北京,1989
[73] 赵若飞,周晓东,戴干策.纤维增强聚合物复合材料界面残余热应力研究进展[J].纤维复合材料,2000,2:20-24
[74] 王经武. 塑料改性技术[M].第一版.北京:化学工业出版社,2004
[75] 洪定一.聚丙烯-原理、工艺与技术[M].第一版.北京:中国石化出版社,2002
[76] 胡福增,张群安合编.聚合物及其复合材料的表界面[M].第一版.北京:中国轻工业出版社,2001
[77] 赵若飞,周晓东,戴干策.玻璃纤维增强聚丙烯界面处理研究进展[J].玻璃钢/复合材料,2000,3:49-53
[78]黄丽,陈小红,宋怀河.聚合物复合材料[M].第一版.北京:中国轻工业出版社,2001
[79] R.S.戴夫,A.C.卢斯.高分子复合材料加工工程[M].第一版.北京:化学工业出版社,2004
[80] 亦然.世界复合材料用玻璃纤维发展现状[J].玻璃纤维,1998,6:40-41
[81] Donald R. Messier , Parimal J. Patel High modulus glass fibers[J]. Jounal of Non-crystalline solids 1995,182:271-277
[82] 杨红梅.玻璃纤维增强聚丙烯复合材料的研究进展[J].合成树脂及塑料,2002,19(3):49-52
[83] 赵宗桂.碳纤维及其复合材料的发展与应用[J].石化技术与应用,2002,4(20):273-277
[84] 魏京华.聚丙烯共混增韧研究进展[J].合成树脂及塑料,2002,19(2):47-51
[85] 张克惠.塑料材料学[M].第一版.西安:西北工业大学出版社,2000
[86] 张乾,解云川,范晓东.DSC 法测定聚乙烯结晶度的研究[J].中国塑料,2002,16(9):73-76
[87] 刘振海,陈学思.聚合物量热测定[M].第一版.北京:化学工业出版社,2001
[88] 王兵,赵家森.EVA/PP 共混体系相容性、相态及结晶形态的考察[J].中国塑料,1999,13(3):24-26
[89] 张学东,林海燕,张中伟.PP/EVA 共混物中 PP 结晶行为及对性能的影响[J].工程塑料应用,1996,24(5):33-36
[90] 曼森 J.A,斯拍林 L. H.聚合物共混物及复合材料[M].北京:化学工业出版社,1988
[91] 朱昭南.聚合物塑料的应用与改性[M].北京:北京轻工业出版社,1982
[92] 李酪.硅灰石的研究与应用进展[J].化工矿物与加工,2004,4:1-4
[93] H.s.卡茨,J. V.米路西凯.塑料用填料及增塑剂手册[M].第一版.北京:化学工业出版社,1985
[94] 方可泰,马长兴.正交与均交试验设计[M].第一版.北京:科学出版社,2001
[95] 施德安,殷敬华,柯卓.聚丙烯熔融接枝马来酸酐反应机理的研究[J].应用化学,2001,18 (11):865-868
[96] 戚亚光,薛叙明.高分子材料改性[M].第一版.北京:化学工业出版社,2004
[97] 仉荣花,朱雨田,曾宪标等.马来酸酐接枝聚丙烯的分子结构及反应机理[J].材料科学与工程,2005,21 (1):67-71
[98] 杨云波,赵枫,陈丽.超细硅灰石填充 PP-EPDM 复合材料的研究[J].石化技术与应用,2000,18 (4):206-207
[99] Stamhuis J.E. Mechanical properties and morphology of Polypropylene composites: Effect of polar component in talc filled polypropylene[J].PolymComps,1998, 9(1):72-78
[100] 李凤红.PP/SBS/滑石粉共混复合材料的研究[J].辽阳石油化工高等专科学校学报,1999,15(1):26-29
[101] 赵若飞,孙斌,戴干策.马来酸酐接枝聚丙烯对云母填充聚丙烯的增容作用[J].高分子材料科学与工程,2002,18 (4):112-116
[102] 刘国栋,瞿雄伟,杨丽庭等.聚合物界面张力与粘度比对三元共混物形态结构的影响[J].河北大学学报(自然科学版),2000,(20)1:44-48
[103] G.M.Jordhamo, J.A.Manson, L.H.Sperling. Phase continuity and inversion in polymer blends and simultaneous interpenetrating network[J].Polym.Eng.Sci. 1986,(26)8:517-524
[104] V.Everaert, L.Aerts, G.Groeninckx. Phase morphology development in immiscible PP/(PS/PPE) blends influence of the melt-viscosity ratio and blend composites[J]. Polymer1999(40):6624-6644.
[105] 谢续明,肖天晶,杨勇.第三相界面对高分子共混物粗化过程的影响[J].高等学校化学学报,1998,(19)11:1864-1866
[106] A.R.Morales, R.E.S.Bretas Polyetherimide/Poly(ether ether ketone)/Liquid crystalline polymer ternary blends—I. Calorimetric studies and morphology[J]. Eur.Polym.J 1996,(32)3:349-363
[107] 中村元一, 井上隆. 三成分系おリマㄐブレソドの多相造形成と neumann の三角形[J].高分子论文集,(Kobunshi Robunshu)1990,(47)5:409-414
[108]郭涛,何一帆,王炼石.聚丙烯/弹性体/无机粒子三元复合材料的研究进展[J].塑料,2004,33(1): 36-40
[109] Donald R.Messier, Parimal J.Patel High modulus glass fibers[J]. Journal of Non-Crystalline Solids 1995(182):271-277
[110] 许晓东,董祥忠,董毅等.玻璃纤维增强聚丙烯复合材料研究进展[J].合成树脂及塑料,2004,21(1):66-68
[111] R.P.Shelelon.polymer composites[M].第一版.北京:中国轻工业出版社,1989
[112] M.J.Folkes.Short fiber reinforced thermoplatics[M].John Wiley&Sonsltd, England,1982:35
[113] 秦蜀懿,张喜燕,刘世楷.一种测量复合材料中短纤维平均长度的新方法[J].稀有金属材料与工程,1995,2(24):71-75
[114] 孙曼玲.增强塑料[M].第一版.西安:西北工业大学出版社,1990
[115] 王汝敏,郑水蓉,郑亚萍.聚合物基复合材料及工艺[M].第一版.北京:科学出版社,2004
[116] 杨明.塑料助剂实用开发技术[M].第一版.南京:江苏科技出版社,2002
[117] 方治齐,唐龙详,刘春华.聚丙烯改性新进展[J].现代塑料加工应用,2003,14(6):36-39
[118] 余剑英,周祖福,闻荻江.纤维表面处理与基体改性对连续玻纤增强聚丙烯力学性能的影响[J].复合材料学报.2000,17(3):33-36
[119] 陈祥宝.聚合物基复合材料手册[M].第一版.北京:化学工业出版社,2004
[120] S.W.Tsai,H.T.Hahn.Adhesion & Absorption of Polymer[M]. lienghaug Lee, Part B1979
[121] 张永明,李一鸣.橡塑沥青改性机理分析[J].材料,1996,7:46-50
[122] 钱春香,解建光,王鸿博.接枝 SBS 改性沥青的制备及性能[J].东南大学学报,2005,35(3):404-408
[123] 梁文杰.重质油化学[M].第一版.北京:石油大学出版社,2000
[124] 张德勤.石油沥青的生产和应用[M].第一版.北京:中国石化出版社,2001