聚丙烯材料改性研究

聚丙烯材料改性研究 摘要 利用共混的方法 针对聚丙烯制品在实际应用中出现韧性差 易燃烧的缺点 重点研 究了增塑剂 POE 不同的量对聚丙烯抗冲击强度的影响 以及氢氧化镁对聚丙烯燃烧性能的影 响 本次试验采用了高混机对所用原料进行共混 再将共混的原料放入双螺杆挤出机中挤出 造粒 然后将制成的粒料利用注射机制作我们所需的的标准样条 最后对标准样条测试抗冲 击强度和氧指数 结果显示 POE 增塑剂的量越多 则对聚丙烯的韧性改善更好 氢氧化镁 由于加的量比较少 对聚丙烯的阻燃作用不明显 关键词 聚丙烯 改性 造粒 增塑 阻燃 1 前言 聚丙烯 是由丙烯聚合而制得的一种热塑性树脂 按甲基排列位置分为等规聚丙烯 isotactic polypropylene 无规聚丙烯 atactic polypropylene 和间规聚丙烯 syndiotactic polypropylene 三种 甲基排列在分子主链的同一侧称等规聚丙烯 若甲 基无秩序的排列在分子主链的两侧称无规聚丙烯 当甲基交替排列在分子主链的两侧称间规 聚丙烯 一般工业生产的聚丙烯树脂中 等规结构含量约为 95 其余为无规或间规聚丙烯 工业产品以等规物为主要成分 聚丙烯也包括丙烯与少量乙烯的共聚物在内 通常为半透明 无色固体 无臭无毒 由于结构规整而高度结晶化 故熔点可高达 167 耐热 耐腐蚀 制品可用蒸汽消毒是其突出优点 密度小 是最轻的通用塑料 缺点是耐低温冲击性差 较 易老化 但可分别通过改性予以克服 采用相容剂技术和反应性共混技术对PP进行共混改性是当前PP共混改性发展的主要特 点 它能在保证共混材料具有一定的拉伸强度和弯曲强度的前提下大幅度提高 PP 耐冲击性 相容剂在共混体系中可以改善两相界面黏结状况 有利于实现微观多相体系的稳定 而宏观 上是均匀的结构状态 反应型相容剂除具有一般相容剂的功效外 在共混过程中还能在两相 之间产生分子链接 显著提高共混材料性能 PP 弹性体二元共混体系虽有很好的韧性效果 但往往降低了材料的强度和刚度 耐热 性能也有所降低 在二元共混体系中加入有增容作用或协同效应的物质 形成多元共混体系 则其综合性能可得到进一步提高 为了提高增韧 PP 的硬度 热变形温度及尺寸稳定性 可 使用经偶联剂活化处理的填料或增强材料进行补强 例如采用弹性体 无机刚性粒子 PP 三 元复合增韧体系实现 PP 的增韧增强 提高材料的综合性能 并且具有较低的成本 溴系阻燃剂效率高 用量少 对材料的性能影响小 并且溴系阻燃剂价格适中 与其它 类型的阻燃剂相比 溴系阻燃剂效能 价格比更具有优越性 我国供出口电子电气类产品中 70 80 都用此类阻燃剂 但是 近年来欧盟一些国家认为溴系阻燃剂燃烧时会产生有毒致 癌的多溴代苯并恶瑛 PBDD 和多溴代二苯并呋喃 PBDF 欧盟出台了禁令 在欧盟国家 销售的所有电子电气设备 不能含有多溴联苯及多溴二苯醚 阻燃剂的种类众多 其用量和 性能都各自不同 需要在不同的情况下选用不同的阻燃剂 现如今 聚丙烯的阻燃剂正向着 高效 低烟 绿色 环保和低成本的方向发展 所以本次实验采用比较绿色的阻燃剂氢氧化 镁 本次实验采用 POE 对聚丙烯增韧 氢氧化镁对聚丙烯进行阻燃改性 由于加入氢氧化镁 的量太多 挤出机挤出较困难 所以同时加入少量三氧化二锑 Sb2O3 来减少氢氧化镁用量 降低加工难度 2 实验 2 1 配方设计 表 1 增韧 PP 和阻燃 PP 配方 质量分数 PPPOEMg OH 2抗氧剂 1010Sb2O3 A1100000 10 B11001000 10 C11001500 10 A21002000 10 B21002500 10 C21003000 10 A31000300 13 B31000400 14 C31000500 15 2 2 实验仪器 2 2 1 实验原料 PP 型号为 K8003 中国石油天然气股份有限公司 独石子石化分公司 POE 抗氧剂 1010 Mg OH 2 Sb2O3 分析纯 天津市大茂化学试剂厂 2 2 2 仪器 SRH 10Q D 型高速加热混合机 阜新瀚特尔橡塑机械有限公司 SHJ 30 型同向双螺杆挤出 机 北京丰阳塑化工程技术有限责任公司 JPH80 型注射机 广东泓利机器有限公司 料斗 干燥机 信易品牌 型号为 SHD 50E 标准样条模具 游标卡尺 XHR 150 型塑料洛氏硬度 计 上海联尔试验设备有限公司 XJ 50D 液晶式组合冲击试验机 承德建德检测仪器有限 公司 XZT 100 氧指数测定仪 承德试验机有限责任公司 2 3 标准样条的制备 2 3 1 造粒工艺 工艺条件 双螺杆挤出机温度控制表 工段 机头 温度 150170180190200205210215220225230 1 按照配方中的各组分的量计算并称量 其中 A1 B1 C1 A2 B2 C2 的总量为 500g A3 B3 C3 总量为 700g 2 先将所有要用的氢氧化镁全部放入高混机中进行混合 混合好后备用 按照各组所需 的氢氧化镁的量进行称量使用即可 3 各组将称好的各组分的量分别在常温下混合 2 6 分钟出料备用 4 双螺杆挤出机达到所设定的温度后即可开始加料熔融挤出 在挤出过程中注意各组的 物料要用鲜艳的颜色区分 以便不影响后面的性能测试及实验结果 5 造粒要求粒料是 3 3mm 的柱状料 存好备用 2 3 2 注射工艺及标准样条制备 1 将粒料放入干燥机中干燥 2 将干燥好的粒料放入注射剂料斗中 设置注射机参数为机头 240 注射机中间段 230 注射机前段 220 改手动操作为半自动操作 3 将各组的标准样条编号准备做性能测试 2 4 性能测试 2 4 1 收缩率的测试 将已将放置了 24h 以上的标准样条用游标卡尺测量其尺寸 不同部位多测几次 并与模具尺 寸结合计算收率 求取平均值 此部分数据见附录 2 4 2 冲击强度测试 采用 JS 25D 型电子式悬筒组合冲击试验机进行试验 操作如下 1 实验样条为带有缺口的标准样条 测量其厚度 宽度 并在试验机显示屏设置数据 2 带数据设置完毕后 先对实验机进行空击实验 之后在试验机上夹上我们所要测试的 样条 然后进行冲击试验 记录实验数据 原始数据见附录 2 4 3 氧指数测试 1 在标准样条上 50mm 处画一条线 并将样条夹在试样夹上 试样夹口端与 50mm 线平行 装上玻璃瓶 2 打开氧气瓶和氮气瓶 调节氮气量为 9L min 调节氧气初始量为 3L min 采用顶端燃 烧法点燃试样 30s 内若能点燃 则在点燃后观察样条的火焰前锋到达 50mm 处仍在燃烧 则为氧过量 若火焰在火焰前锋还未到 50mm 处前就已经熄灭 则判断为氧不足 记录数据 3 如果试样在 30s 内没有点燃试样 则判断为氧不足 多测几组不同含氧量时的燃烧 以此推算试样的氧指数 2 4 4 硬度测试 采用直径为 5mm 的圆片试样为测试样 1 选用表面光滑的试样进行测试 测量其厚度并记录 2 将试样放在实验台上 转动表盘 将指针指在 30 位处 转动手轮 使平台上升 等到仪表盘上小指针指到红色位置处停止转动 并转动转盘将大指针指在 30 处 启动按 钮 3 观察仪表盘上指针转过 0 的次数 包括加载时的次数和卸载时的次数 将二者差与 卸载后 15s 时听到嘟嘟声的读数结合来读取数据并记录 3 数据分析 3 1 收缩率 收缩率的数据及结果分析在试验报告中已经给出 这里不再详述 3 2 冲击强度 燃烧性能 硬度 表 3 不同配方的三种性能测试数据 配 方 性能参数冲击强度均值 kj m 2 硬度均值氧指数 A12 3295 918 9 B13 2393 718 7 C13 8980 919 6 A23 0975 1 B228 7173 9 C23 9266 9 A34 1790 818 9 B34 9085 220 4 C34 0592 918 0 4 结果分析与讨论 4 1 冲击强度 图 1 POE 对材料冲击强度的影响 从图 1 可以看出随着 POE 的量增加 材料的冲击强度基本随之增加 但是第二组的冲击 强度比第三组的要大的多 通过分析 我认为产生这一现象的原因是因为我们这注射制作标 准样条时的加料顺序没有按照 A1 B1 C1 A2 B2 C2 A3 B3 C3 这样的加料顺序 以致于 A1 A2 A3 B1 B2 B3 C1 C2 C3 在注射时物料在注射剂内混合 导致出现这一现象 4 2 燃烧性能 图 2 氢氧化镁对材料燃烧性能的影响 从图 2 可以看出 随着氢氧化镁氢氧化镁的量的增加 基本呈现一个氧指数增大趋势 但是 第一组比第二组的氧指数量大的原因不太明确 可能是因为氢氧化镁的量加的较少的缘故 以致于实现数值出现误差 并且在造粒时一大组的氢氧化镁的计算量出现错误 导致此种现 象 4 3 硬度 图 3 POE 对材料硬度的影响 从图可以清晰地看出随着 POE 量的增加 材料强度呈现下降的趋势 这是由于 POE 为热 塑弹性体 硬度比较低 当它比较均匀的分布在材料中 会使材料硬度下降 图 4 氢氧化镁对材料硬度的影响 从图 4 可以看出 随着氢氧化镁的量增加 材料硬度也随之增加 这是由于氢氧化镁是无机 填料 当其均匀的填充在高聚物时 可以产生次价力 次价力具有加和性 且无机填料的加 入相当于成核剂 使材料的结晶度增加 从而提高材料的力学性能 5 总结 通过本次实验 学习了高聚物材料加工中的配方设计方法 造粒工艺 注射工艺 材料 的性能测试等一系列与实际生产结合比较紧密 同时将书上的理论知识与本次的实验相结 合 同时认识到聚合物的加工过程不是一件简单的过程 需要一个比较缜密的思考过程 从 确定配方到生产过程中温度 压力 加料顺序等都需要认真思考与讨论才能开始试验 否则 会使实验达不到我们预期的效果 这次实验通过一个小组的共同努力 合同协作完成同一件事情 加快了实验进度 同时 加强了个人与团体之间的友谊 培养了自己的动手能力 参考文献 1 赵敏 高俊刚 改性聚丙烯新材料 M 北京 化学工业出版社 2002 8 2 杨明山 塑料改性工艺 配方与应用 M 北京 化学工业出版社 2 版 2013 4 3 张玉龙 塑料粒料制备实例 M 北京 机械工业出版社 2005 3 4 杨明山 聚丙烯改性及配方 M 北京 化学工业出版社 2009 1 5 王慧敏 高分子材料加工工艺学 M 北京 中国石化出版社 2012 2 6 王文广等 塑料配方设计 2 版 M 北京 化学工业出版社 2