五大通用塑料中,聚丙烯(PP)發(fā)展歷史雖短,卻是發(fā)展最快的一種.與其他通用塑料相比,PP具有較好的綜合性能,例如:相對密度小,有較好的耐熱性,維卡軟化點高于HDPE和ABS,加工性能優(yōu)良;機械性能如屈服強度,拉伸強度及彈性模量均較高,剛性和耐磨都較優(yōu)異;具有較小的介電率,電絕緣性良好,耐應力龜裂及耐化學藥品性能較佳等.但由于PP成型收縮率大,脆性高,缺口沖擊強度低,特別是在低溫時尤為嚴重,這大大限制了PP的推廣和應用.為此,從上世紀70年代中期,國內外就對PP改性進行了大量的研究,特別是在提高PP的缺口沖擊強度和低溫韌性方面,目前已成為國內外研究的重點和熱點.
1 橡膠增韌PP
橡膠或熱塑性彈性體以彈性微粒狀分散結構增韌塑料,已被證實是增韌效果較為明顯的一種方法.由于PP具有較大的晶粒,故在加工時球晶界面容易出現(xiàn)裂紋,導致其脆性.通過摻人各種含有柔性高分子鏈的橡膠或彈性體,可大幅度提高PP的沖擊強度,改善低溫韌性.傳統(tǒng)的PP增韌劑有三元乙丙橡膠(EPDM),二元乙丙橡膠(EPR),苯乙烯與丁二烯類熱塑性彈性體(SBS),順丁橡膠(BR),丁苯橡膠(SBR)等,其中以EPDM或EPR取效果最好.
1.1 PP/乙丙橡膠共混體系
PP與乙丙橡膠都含有丙基,溶度參數(shù)相近,根據(jù)相似相容原理,它們之間應具有較好的相容性.由于乙丙橡膠具有高彈性和良好的低溫性能,因此與PP共混可改善PP的沖擊性能和低溫脆性.
李蘊能等研究了乙丙橡膠心P共混物的性能,得出結論:在相同橡膠含量下,增韌共聚PP的效果遠優(yōu)于增韌均聚PP,且增韌效果與橡膠的種類有關.通常情況下,EPR的增韌效果優(yōu)于EPDM.通過實驗發(fā)現(xiàn),當橡膠含量為30%時,增韌效果最好;不同結晶度的EPR對PP的增韌效果也不一樣,結晶度越低,其增韌效果越好.
劉曉輝等對不同PP心Pr)M共混物的力學性能進行了研究.結果表明:(1)隨著體系中EPDM加入量的增多,材料的沖擊強度明顯上升,當EPDM含量為30%左右時,沖擊強度出現(xiàn)極值;(2)沖擊強度的提高和變化與EPDM在PP中的形態(tài)和分布有關;(3)EPDM的加入對共混晶體結構有影響,但晶體結構上的差異對力學性能不起作用.
若在PP與橡膠的體系中加入過氧化物和助劑,可使其形成動態(tài)硫化共混.達到理想共混效果,一是采用反應擠出技術,二是選擇合適的過氧化物和助劑體系.由于動態(tài)硫化過程既有橡膠組分的交聯(lián),又有少量的橡膠被接技到PP主鏈上,使其在PP基體中有較好的分散性,兩聚合物界面也能達到較大的粘接強度.
石彪等采用二苯甲烷型雙馬來酰亞胺(BMI)作為助交聯(lián)劑,過氧化二異丙苯(DCP)為交聯(lián)引發(fā)劑,在開煉機上進行硫化實驗,以探討EPDM動態(tài)硫化增韌PP的力學性能.實驗表明:當硫化體系為0y用MI=0.20:1,硫化溫度為175—180℃,硫化時間為14min時,沖擊強度最高,可達157kJ/m.此時材料的拉伸強度(39.0MPa),斷裂伸長率(451%)達到最高值,而永久變形率(13.6%)最低.由此可見,經(jīng)動態(tài)硫化處理的EPDM比單純的EPDM的增韌效果好,可以有效地提高PP的韌性.
顧方明等研究了在PP/EPDM共混物中添加HDPE和多種加工助劑對材料性能的影響.結果表明:PP在過氧化物存在下可控降解是提高共混物流動性的有效手段,但抗沖擊韌性顯著下降.加入HDPE和加工潤滑劑可適當調節(jié)共混物的流動性,而采用可控降解和動態(tài)交聯(lián)結合的技術,可獲得高韌性,高流動性增韌PP.
1.2 PP/順丁橡膠共混體系
王力用簡單共混和動態(tài)硫化共混兩種工藝制取PP/BR共混物,分別測定了兩種共混物在室溫和低溫下的沖擊強度.結果表明,動態(tài)硫化法可減少PP球晶尺寸,增加PP球晶分布的均勻性,改善共混物的形態(tài)結構,增加兩相的相容性,有效提高了共混物的低溫沖擊強度.
1.3 PP/硫化膠粉共混體系
采用硫化粉末橡膠對PP進行共混增韌改性,不但提高了PP共混材料的沖擊性能,而且降低了成本.最近,陶國良等對硫化膠粉/PP共混物進行了研究,采用的工藝路線是:膠粉處理—原料配合—雙輥混煉—粉碎—注射試樣—性能測試,得出結論:(1)硫化膠粉能改善PP材料的抗沖擊性能,且膠粉粒徑越小改善效果越好,但會使共混體系的拉伸強度賂有下降.膠粉含量為5%—15%時,共混體系的綜合性能較好;(2)在硫化膠粉/PP體系中添加偶聯(lián)劑,有利于提高共混物的力學性能和熱變形溫度;(3)硫化膠粉含量增加會使共混體系的流動性能下降,但膠粉粒徑越小越有利于減少共混物的流動阻力.如果硫化膠粉/PP共混材料能得到推廣應用,可為我國廢舊輪胎和橡膠制品的回收利用和環(huán)境保護作出貢獻.
1.4 PP/杜仲膠共混體系
杜仲膠的主要成分是反式—1,4—聚異戊二烯(TPI),是天然橡膠的同分異構體.由于TPI有較強的結晶性(Tm=70℃),常溫下與塑料相似,為硬質材料,因而難以被人們認識和應用.我國率先發(fā)現(xiàn)TPI硫化為彈性體的硫化交聯(lián)體系,而且其某些力學性能優(yōu)于天然橡膠.彭少賢等發(fā)現(xiàn),未交聯(lián)硬質的TPI能利用通用的塑料機械進行破碎,擠出,造粒,與PP共混,動態(tài)硫化后,有較好增韌效果.