PP–R管材专用料抗低温性能的研究

PP–R管材专用料抗低温性能的研究徐久升摘要：通过在无规共聚聚丙烯(PP–R)中添加不同的改性剂制备PP–R管材专用料。采用差示扫描量热分析、动态力学分析、扫描电子显微镜等技术，分析了不同改性剂对无规共聚聚丙烯(PP–R)管材专用料抗低温性能的影响规律。结果表明，在–10～0℃低温条件下，与未改性的PP–R材料比较，PP–R／聚烯烃弹性体(POE)／高密度聚乙烯(PE–HD)共混料的低温冲击韧性最理想，其综合力学性能最好，0℃的冲击强度为58.35kJ／m2，–10℃的冲击强度也高达47.06kJ／m2。POE／PE–HD在不降低PP–R管材专用料其它力学性能的基础上，显著地提高了PP–R管材专用料低温冲击韧性。关键词：无规共聚聚丙烯；抗低温性能；改性剂；专用料StudyonLow-TemperatureCrackResistanceofPP–RPipeDedicatedMaterialsXuJiushengAbstract：Byaddingdifferentmodifiersintopolypropylenerandomcopolymer(PP–R)，thepipededicatedmaterialsofPP–Rwereprepared.Theinfluencerulesoflow-temperaturecrackresistanceofdifferentmodifiersinPP–Rwereanalyzedbymeansofdifferentialscanningcalorimetry，dynamicmechanicalanalysis，scanningelectronmicroscope，andothertestingtechnologies.TheresultsshowthatcomparingwithunmodifiedPP–Rmaterials，PP–R／POE／highdensitypolyethylene(PE–HD)blendindicatesdesiredimpacttoughnessandtherelativebettercomprehensivemechanicalpropertiesunderlowtemperatureabout–10to0℃.Theimpactstrengthof0℃is58.35kJ／m2andtheimpactstrengthof–10℃isalsoupto47.06kJ／m2.Therefore，POE／PE–HD，significantlyimprovetheperformanceofimpacttoughnessatlowtemperaturewithoutreducingothermechanicalpropertiesofPP–Rpipededicatedmaterials.Keywords：polypropylenerandomcopolymer；low-temperaturecrackresistance；modifier；dedicatedmaterials近几年，各种各样的聚丙烯(PP)聚合物被广泛开发及应用，其中无规共聚PP(PP–R)由于其优良的综合性能，越来越多地受到人们的重视，应用领域不断扩大。PP–R是乙烯单体无规共聚入PP主链中开发的Ⅲ型PP。其主要用于管材、包装袋、汽车元件、家具等工业领域。PP–R管具有良好的耐热性和耐压强度，高温蠕变性能良好。与其它塑料管材相比，在环保性、可回收利用性、加工工艺的复杂程度等方面都具有很大的优势。但是，由于PP–R缺口冲击强度不高，尤其是在低温(低于0℃)或高应变速率下，其脆性尤为突出，冲击性能等方面还远远达不到工业领域的各项技术要求，在一定程度上限制了其应用范围。因此，对PP–R管材抗低温性能的研究就成为了当前的开发热门之一。目前，TangWeihua等[5]通过在PP–R中添加质量分数为10%～35%的聚烯烃弹性体(POE)，研究了POE对PP–R力学性能的影响。研究结果表明，通过增大共混物中POE的比例，PP–R／POE共混体系的韧性均得到了显著的提高。通过在PP–R中添加质量分数5%～15%不等的聚对羟苯甲酰–聚对苯二甲酸丁二酯(POB–PBT)，研究了其对PP–R结晶特性的影响。研究发现，添加质量分数5%～15%的POB–PBT在很大程度上促进了PP–R的结晶能力，并提高了其结晶速率。目前针对PP–R的研究主要集中在加工工艺、共混改性、填充改性、成核剂改性对PP–R管材专用料冲击性能的影响等方面，但研究得还不够系统。笔者主要从共混改性中不同聚集相的相容性和结晶行为方面系统地研究了改性剂对PP–R管材专用料抗低温(–10～0℃)冲击性能的影响。1实验部分1．1原材料PP–R：RP2400，大韩油化公司；色母粒：灰色，联塑科技发展(贵阳)有限公司；聚丁二烯弹性体(2088A，2095，2096)：深圳市嘉鑫豪塑胶制品有限公司；POE：8200，美国陶氏化学公司；高密度聚乙烯(PE–HD)：5200B，中石化北京燕山石油化工有限公司；磷酸：分析纯，成都科龙化工试剂厂；高锰酸钾：分析纯，西陇化工股份有限公司；二甲苯、硫酸、丙酮、无水乙醇：分析纯，重庆川东化工(集团)有限公司。1．2主要仪器及设备双螺杆挤出机：CTE20型，科倍隆科亚(南京)机械有限公司；注塑机：PL860／290型，无锡海天机械有限公司；微机控制电子万能试验机：CMT4204型，美特斯工业系统(中国)有限公司；高低温试验箱：GDX200型，美特斯工业系统(中国)有限公司；摆锤式冲击试验机：ZBC1400–B型，美特斯工业系统(中国)有限公司；差示扫描量热(DSC)仪：Q10型，美国TA公司；动态力学分析(DMA)仪：Q800型，美国TA公司；扫描电子显微镜(SEM)：QuantaFEG250型，美国FEI公司。3结论(1)在无规共聚聚丙烯(PP–R)管材专用料中添加几种不同的改性剂，以POE／PE–HD复配改性剂改性的PP–R低温下的综合力学性能最好。低温(–10℃～0℃)下，POE／PE–HD改性PP–R的冲击强度最高。0℃的冲击强度为58.35kJ／m2，–10℃的冲击强度也高达47.06kJ／m2，且拉伸强度没有下降，反而有少许提高。(2)由DMA分析可知，POE／PE–HD复配改性PP–R体系的β松弛峰的力学损耗因子和积分面积比纯PP–R高，在低温时，POE／PE–HD复配改性的PP–R呈现出良好的增韧效果。(3)从复合材料微观结构来看，添加10%POE／PE–HD的PP–R结构形态呈现明显的“海–岛”两相结构，体系相容性较好，分散相分布较为均匀，分散粒径较小。这表明，POE／PE–HD能有效地提高PP–R在–10~0℃的抗低温冲击性能。