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氧化锆微细粉改性聚丙烯_朱胜杰

第26卷第6期2005年12月

青岛科技大学学报

Jour nal of Qing dao University of Science and T echno logy

V ol.26No.6

Dec.2005

文章编号:1672-6987(2005)06-0510-03

氧化锆微细粉改性聚丙烯

朱胜杰,陈占勋

(青岛科技大学橡塑材料与工程教育部重点实验室,山东青岛266042)

摘要:以氧化锆作为成核剂对聚丙烯进行改性,并通过偏光显微镜(PLM)和差示扫描量热法(DSC)表征了氧化锆的成核效果。实验结果表明,氧化锆较好地改善了聚丙烯的力学性能,降低聚丙烯球晶尺寸,并诱导聚丙烯生成不同晶型。

关键词:聚丙烯;氧化锆;力学性能;结晶

中图分类号:T Q325.14文献标识码:A

The Influence of Fine ZrO2on the Mechanical

Properties of Polypropylene

ZHU Sheng-jie,CHEN Zhan-xun

(Key Lab oratory of Rubb er-plastics,M inistry of E ducation,Qingdao U nivers ity

of Science and T ech nology,Qingdao266042,Ch ina)

Abstract:The influence of fine Zr O2used as nucleation ag ent on the mechanical proper-ties of poly pro py lene w as studied.T he influence of fine ZrO2on crystallization charac-ter istics w as also investigated w ith the help o f PLM and DSC.The results sho w ed that ZrO2co uld improv e the m echanical pro perties of PP.At the sam e time,ZrO2could de-crease the spher ulite size and induce the spherulites being converted to different crysta-l line for ms.

Key w ords:poly pro py lene;zir conia;m echanical properties;crystal size

作为一种通用热塑性塑料聚丙烯得到了越来越广泛的应用。据PT A公司预测,世界聚丙烯总需求量将以每年6%的速度增长,到2007年世界聚丙烯需求量约为4700万吨。聚丙烯综合力学性能较好,但由于聚丙烯是一种典型的结晶性高聚物,球晶结构为大球晶,球晶之间有明显的界面,在界面处易产生应力集中,导致其低温冲击性能较差,成型收缩率较大等方面的缺点,限制了它的使用范围。而聚丙烯球晶尺寸的微细化,则可以在很大程度上克服这些缺点。因此对聚丙烯改性方面的研究也较多[1,2]。利用氧化锆改性聚丙烯的研究目前尚未见报道。本实验用氧化锆作为成核剂,对聚丙烯进行了改性。1实验部分

1.1基本原料

H PP(均聚聚丙烯)小本体法粉料,MFR= 514,青岛城阳化工厂;EPS30R(共聚聚丙烯), MFR=2103,齐鲁石化公司;氧化锆(Zr O2),800目,市售;抗氧剂,1010,北京兴龙化工公司燕兴化工助剂厂。

1.2设备与仪器

平板硫化机,上海橡胶机械厂;双辊高温炼胶机,上海橡胶机械厂;拉伸实验机,台湾高铁科技股份有限公司;偏光显微镜(XPT-7),南京市江南光学仪器厂;差示扫描量热仪(DSC204),德国

收稿日期:2005-03-15

作者简介:朱胜杰(1977~),男,硕士研究生;指导教师:陈占勋(1943~),男,教授.

第6期朱胜杰等:氧化锆微细粉改性聚丙烯

NETZSCH公司。

1.3试样制备

(1)力学性能测试试样。按配方称取聚丙烯、成核剂等组分,在双辊高温开炼机上混炼(180e),打6~8个三角包。在平板硫化机(200e)上模压。充分冷却后裁成标准试样。

(2)偏光显微镜观察试样。将少量实验材料放在载玻片上并置于加热台上使PP熔融(220e 左右),再盖上盖玻片,用木块轻轻施压将熔体展开成膜,然后停止加热,令其缓慢冷却至室温。

1.4性能测试

(1)物理性能测试标准。力学性能:GB1039-92;拉伸性能:GB1040-89;简支梁冲击性能: GB1043-93。

(2)偏光显微镜观察。采用偏光显微镜观察球晶形态,并用照相机拍摄成照片后再扫描到计算机中。

(3)DSC分析。采用差示扫描量热仪,以铟作对比,在氮气的保护下,以20e#m in-1的升温速率升温到200e。

2结果与讨论

2.1成核剂ZrO2对聚丙烯物理性能的影响

ZrO2对聚丙烯物理性能的影响见图1。由图1(a)可以看出,ZrO2对EPS30R的屈服强度影响不大,对于H PP在成核剂质量分数0.4%左右时出现一个最大值。由图1(b)可看出,ZrO2对2种牌号聚丙烯的断裂伸长率的影响是比较显著的,改性后的H PP,断裂伸长率提高了6倍左右,说明成核剂ZrO2对聚丙烯的改性效果是比较理想的。由图1(c)看出ZrO2对两种牌号的聚丙烯冲击强度的改性较好,改性后的H PP冲击强度提高了2倍多。这是因为加入成核剂ZrO2后,球晶尺寸大幅度减小,得到的是细密均匀的小球晶,克服了粗大球晶界面间应力集中易破裂的缺陷,当受到外力冲击时,容易使应力分散,因而具有优异的增韧效果。

2.2改性聚丙烯的结晶性能分析

通过偏光显微镜观察2种聚丙烯的球晶(图2)。图中2种聚丙烯空白样的球晶尺寸均较大,加入成核剂之后,晶核与晶核之间的距离缩短,大球晶已不复存在,取而代之的是无数微细的小晶体,均匀地分布于基体树脂之中并与非晶部分紧

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密结合,晶体与晶体之间的界面也变得模糊。这

(a)对聚丙烯屈服强度的影响

(b)对聚丙烯断裂伸长率的影响

(c)对聚丙烯冲击强度的影响

图1Z rO2用量对PP力学性能的影响

Fig.1Th e eflect of ZrO2con tents on th e

m ech anical property of PP.

主要是因为成核剂粒子的加入形成更多的球晶生长点(晶核),起到了很好的异相成核作用,因而球晶堆积排列的比较细密,使得球晶失去了其球状外形。因此成核剂ZrO2能明显使聚丙烯球晶细化,改善了结晶性能。

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青 岛 科 技 大 学 学 报第26

氧化锆微细粉改性聚丙烯_朱胜杰

图2 聚丙烯改性前后的球晶偏光显微照片(放大倍数250倍)Fig.2 T he polarized light micrographs of PP and m odified PP

2.3 改性聚丙烯的热性能分析

图3是ZrO 2改性聚丙烯的DSC

曲线。

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图3 ZrO 2改性EPS30R 的DS C 曲线Fig.3 T he DS C curve of PP and m odified PP

从图3中可以看出170e 附近为聚丙烯的常见熔融峰,ZrO 2的加入使得聚丙烯的熔点稍有降低,在145e 左右的范围内出现熔融曲线的变化,原因是B 晶型球晶的熔点比A 晶型球晶的低[3],可以认为是ZrO 2对聚丙烯B 晶型具有一定的诱导作用[4,5]。

3 结 论

(1)成核剂ZrO 2可使均聚、共聚的聚丙烯的韧性提高,对缺口冲击强度有明显的改善。

(2)成核剂ZrO 2能明显地细化聚丙烯的球

晶,降低其球晶尺寸。(3)ZrO 2能部分地诱导聚丙烯生成B 晶型球晶,明显改善聚丙烯的力学性能。

参 考 文 献

[1]李炳海,陈勇.PP/U HW PE 合金增韧增强机理研究[J].中国

塑料,2002,16(12):32)36.

[2]杨军,刘万军,陈广新,等.超细碳酸钙填充聚丙烯的拉伸和

结晶行为的研究[J ].高分子材料科学与工程,2002,18(2):115)119.

[3]洪定一.聚丙烯)))原理、工艺与技术[M ].北京:中国石化

出版社,2002.220)227.

[4]窦强,王斌.B 晶型聚丙烯的力学性能与结晶行为研究[J].功

能高分子学报,2001,14(3):338)340.

[5]钱欣,程蓉,周珏,等.A 和B 成核剂对聚丙烯结晶行为的影响

[J].塑料工业,2003,31(1):24)26.

消 息

英国伯明翰大学T om Bell 教授来我校进行学术交流

Tom Bell 教授等一行4人于9月13日下午抵达我校,进行了为期三天的学术交流活动。在校领导、学院领导及部门领导的陪同下,To m Bell 教授参观了机电学院金属材料工程实验室、等离子体表面技术研究所,并与相关研究方向的人员进行了学术交流和讨论。

Tom Bell 教授是/表面工程学0的创始人,在世界材料表面工程研究领域享有很高的声誉,是国际热处理和表面工程联合会名誉主席,英国皇家工程院院士,2002年被中国工程科学院聘为中国工程院外籍院士。

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