探討聚丙烯（PP）改性料的收縮率
發(fā)布日期： [2011/6/29]
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聚丙烯是通用塑料中用量較大的品種之一，具有密度小，剛性好，耐撓曲，耐化學(xué)腐蝕，絕緣性好等優(yōu)點。它的不足之處是低溫沖擊性能較差、易老化、成型收縮率大。通過改性可以改善聚丙烯的低溫沖擊性能、成型收縮和熱老化性能。使聚丙烯的使用范圍大輻度擴大，在很多場合取代傳統(tǒng)的工程塑料。聚丙烯原料來源充足，價格便宜，因而近年來在塑料改性行業(yè)中聚丙烯改性占據(jù)首位，成為改性塑料的主要品種，越來越受到人們的重視。
聚丙烯改性料的收縮率控制是聚丙烯改性的一個重要方面。收縮率控制的好對聚丙烯改性料的推廣使用有重要意義，同時也是保證產(chǎn)品質(zhì)量的一個重要方面。特別是利用改性聚丙烯取代傳統(tǒng)的工程塑料，收縮率這一點顯得十分重要。
聚丙烯改性在國內(nèi)已經(jīng)有成熟的技術(shù)，對聚丙烯改性理化性能的研究報導(dǎo)也很多，但對收縮率問題則很少有專門的報導(dǎo)。本人集多年的實踐經(jīng)驗就聚丙烯改性料的收縮率控制問題做了一些探討。
1. 試驗部分
1．1 試驗原料
聚丙烯（PP） 遼陽石油化纖總公司； 高密度聚乙烯（HDPE） 遼陽石油化纖總公司
POE 美國杜邦公司； EPDM 荷蘭DSM公司； SBS 岳陽石化總廠
玻纖 上海耀華； 碳酸鈣 營口大石橋； 滑石粉 海城金新
云母粉 河北； 助劑 市售 ； 低密度聚乙烯（LDPE） 燕山石化
1．2 試驗設(shè)備及儀器
擠出機 TM40MVC/D-40 意大利MARIS; 注塑機 TP120T 北京信冠機械設(shè)備制造有限公司
熔融指數(shù)儀 μPXRZ-400C 吉林大學(xué)科教儀器廠; 卡尺; 檢測方法： ASTM D955
1．3 試樣制備和檢測方法
原料混合----擠出造粒----注塑打樣（放置24h）----收縮率檢測（環(huán)境溫度為23℃）
注塑條件：溫度170℃---190℃ 壓力 80
2. 結(jié)果討論
聚丙烯的收縮成型大是聚丙烯本身的一大缺點，這主要是由于聚丙烯的高結(jié)晶度所致。結(jié)晶后的聚丙烯比重增大、體積縮小。結(jié)晶度為0%和好品質(zhì)%時其比重分別為0.851和0.936。因此純PP的成型收縮一般在1.7---2.2之間。控制聚丙烯的成型收縮率主要是控制其原料成型時的結(jié)晶度：結(jié)晶度越小其成型收縮率也越小；反之，結(jié)晶度越高則成型收縮率也越大。
在聚丙烯改性塑料中，由于各種改性劑的加入都不同程度的破壞了聚丙烯原有的結(jié)晶度，從而改變了聚丙烯原有的成型收縮率。
2．1 橡膠對聚丙烯收縮率的影響
圖1所示橡膠對PP改性料成型收縮率的影響。從圖中可以看出隨橡膠含量的增大，成型收縮率呈下降趨勢。這主要是由于橡膠的加入破壞了聚丙烯自身的結(jié)晶度，從而導(dǎo)致成型收縮率的下降，而且三種彈性體POE、EPDM、SBS對成型收縮率影響也有差異。
a: POE b:EPDM c:SBS a:滑石粉 b:CaCO3 c:云母粉
2．2 礦物填充對聚丙烯改性料成型收縮率的影響
聚丙烯用的礦物填加劑主要有碳酸鈣、滑石粉、云母粉等。各種礦物填加劑對聚丙烯成型收縮率的影響如圖2所示，從圖中可以看出礦物填加劑對PP改性料成型收縮率的影響比較明顯。礦物填加劑對聚丙烯改性料成型收縮率的影響主要有三個方面：一是礦物填加劑本身不收縮，它的加入從整體比例上降低了聚丙烯改性料的收縮率；二是礦物填加劑的加入必然影響聚丙烯的結(jié)晶度，從而影響收縮率；三是微細的礦物劑加入后，起到一種成核劑的作用，改變了聚丙烯的結(jié)構(gòu)狀態(tài)，防大的球晶的形成，也影響聚丙烯的成型收縮率。
2．3 玻璃纖維對聚丙烯改性料成型收縮率的影響
玻璃纖維對聚丙烯改性料成型收縮率的影響較大。如圖3所示，當玻璃纖維的含量達到30%時以上時，其聚丙烯改性料的成型收縮率從1.8下降至0.5，而且表面處理過的玻纖對成型收縮率影響大于未進行處理的玻纖。玻纖的加入一則破壞了聚丙烯的結(jié)晶度，影響收縮率，更重要的是玻璃纖維限制了聚丙烯的結(jié)晶收縮。
a：表面未處理 b：表面進行處理 a：LDPE b：HDPE
2. 4 聚乙烯的加入對聚丙烯成型收縮率的影響
如圖4所示為聚乙烯加入聚丙烯中對成型收縮率和影響。從圖中可以看出聚乙烯的加入也影響聚丙烯改性料的成型收縮率。雖然聚乙烯也是一種高結(jié)晶度的塑料，成型收縮率也很大，但在加入聚丙烯中后相互都不同程度地破壞了各自的結(jié)晶度，使整體成型收縮率下降。
2．5 聚丙烯自身MFI的變化對成型收縮率的影響
聚丙烯的成型收縮率受其結(jié)晶度的影響，而結(jié)晶度又受其自身分子量大小的影響。當MFI增大時，分子量減小，其結(jié)晶速度增大，成型收縮率增大。如圖5所示為聚丙烯MFI變化時對成型收縮率的影響。
2．6 幾種改性劑對聚丙烯成型收縮率影響的比較
各種改性劑對聚丙烯改性料成型收縮率的影響如表1所示，從表中可以看出各種改性劑對聚丙烯改性料成型收縮率的影響都不一樣，玻纖影響較大。
聚丙烯改性料的成型收縮率由于加入的改性劑不一樣，成型收縮率是不一樣的。在試驗中我們發(fā)現(xiàn)，幾種改性劑并用時效果又不一樣，影響因素很多。如改性劑在聚丙烯中的分散程度、礦物改性劑自身的粒徑、各種礦物填加劑的表面處理情況等，都對成型收縮率有影響。此外，在成型過程中注塑機的成型工藝對成型收縮率的影響也很大。如注塑溫度和注塑壓力的變化對成型收縮率都有影響。
3．結(jié)論
3．1聚丙烯改性料的成型收縮率較純聚丙烯小，基本是純聚丙烯的40%--70%之間。各種改性劑對聚丙烯改性料成型收縮率影響不同。影響順序大致為：玻纖＞礦物質(zhì)＞彈性體＞聚乙烯。
3．2改變聚丙烯的結(jié)晶度是控制聚丙烯改性料成型收縮率的關(guān)鍵所在。
3．3成型收縮率的控制是一個復(fù)雜的過程，既要保證產(chǎn)品質(zhì)量，又要控制收縮率，需幾個方面同時考慮。
聚丙烯改性料的收縮率控制是聚丙烯改性的一個重要方面。收縮率控制的好對聚丙烯改性料的推廣使用有重要意義，同時也是保證產(chǎn)品質(zhì)量的一個重要方面。特別是利用改性聚丙烯取代傳統(tǒng)的工程塑料，收縮率這一點顯得十分重要。
聚丙烯改性在國內(nèi)已經(jīng)有成熟的技術(shù)，對聚丙烯改性理化性能的研究報導(dǎo)也很多，但對收縮率問題則很少有專門的報導(dǎo)。本人集多年的實踐經(jīng)驗就聚丙烯改性料的收縮率控制問題做了一些探討。
1. 試驗部分
1．1 試驗原料
聚丙烯（PP） 遼陽石油化纖總公司； 高密度聚乙烯（HDPE） 遼陽石油化纖總公司
POE 美國杜邦公司； EPDM 荷蘭DSM公司； SBS 岳陽石化總廠
玻纖 上海耀華； 碳酸鈣 營口大石橋； 滑石粉 海城金新
云母粉 河北； 助劑 市售 ； 低密度聚乙烯（LDPE） 燕山石化
1．2 試驗設(shè)備及儀器
擠出機 TM40MVC/D-40 意大利MARIS; 注塑機 TP120T 北京信冠機械設(shè)備制造有限公司
熔融指數(shù)儀 μPXRZ-400C 吉林大學(xué)科教儀器廠; 卡尺; 檢測方法： ASTM D955
1．3 試樣制備和檢測方法
原料混合----擠出造粒----注塑打樣（放置24h）----收縮率檢測（環(huán)境溫度為23℃）
注塑條件：溫度170℃---190℃ 壓力 80
2. 結(jié)果討論
聚丙烯的收縮成型大是聚丙烯本身的一大缺點，這主要是由于聚丙烯的高結(jié)晶度所致。結(jié)晶后的聚丙烯比重增大、體積縮小。結(jié)晶度為0%和好品質(zhì)%時其比重分別為0.851和0.936。因此純PP的成型收縮一般在1.7---2.2之間。控制聚丙烯的成型收縮率主要是控制其原料成型時的結(jié)晶度：結(jié)晶度越小其成型收縮率也越小；反之，結(jié)晶度越高則成型收縮率也越大。
在聚丙烯改性塑料中，由于各種改性劑的加入都不同程度的破壞了聚丙烯原有的結(jié)晶度，從而改變了聚丙烯原有的成型收縮率。
2．1 橡膠對聚丙烯收縮率的影響
圖1所示橡膠對PP改性料成型收縮率的影響。從圖中可以看出隨橡膠含量的增大，成型收縮率呈下降趨勢。這主要是由于橡膠的加入破壞了聚丙烯自身的結(jié)晶度，從而導(dǎo)致成型收縮率的下降，而且三種彈性體POE、EPDM、SBS對成型收縮率影響也有差異。
a: POE b:EPDM c:SBS a:滑石粉 b:CaCO3 c:云母粉
2．2 礦物填充對聚丙烯改性料成型收縮率的影響
聚丙烯用的礦物填加劑主要有碳酸鈣、滑石粉、云母粉等。各種礦物填加劑對聚丙烯成型收縮率的影響如圖2所示，從圖中可以看出礦物填加劑對PP改性料成型收縮率的影響比較明顯。礦物填加劑對聚丙烯改性料成型收縮率的影響主要有三個方面：一是礦物填加劑本身不收縮，它的加入從整體比例上降低了聚丙烯改性料的收縮率；二是礦物填加劑的加入必然影響聚丙烯的結(jié)晶度，從而影響收縮率；三是微細的礦物劑加入后，起到一種成核劑的作用，改變了聚丙烯的結(jié)構(gòu)狀態(tài)，防大的球晶的形成，也影響聚丙烯的成型收縮率。
2．3 玻璃纖維對聚丙烯改性料成型收縮率的影響
玻璃纖維對聚丙烯改性料成型收縮率的影響較大。如圖3所示，當玻璃纖維的含量達到30%時以上時，其聚丙烯改性料的成型收縮率從1.8下降至0.5，而且表面處理過的玻纖對成型收縮率影響大于未進行處理的玻纖。玻纖的加入一則破壞了聚丙烯的結(jié)晶度，影響收縮率，更重要的是玻璃纖維限制了聚丙烯的結(jié)晶收縮。
a：表面未處理 b：表面進行處理 a：LDPE b：HDPE
2. 4 聚乙烯的加入對聚丙烯成型收縮率的影響
如圖4所示為聚乙烯加入聚丙烯中對成型收縮率和影響。從圖中可以看出聚乙烯的加入也影響聚丙烯改性料的成型收縮率。雖然聚乙烯也是一種高結(jié)晶度的塑料，成型收縮率也很大，但在加入聚丙烯中后相互都不同程度地破壞了各自的結(jié)晶度，使整體成型收縮率下降。
2．5 聚丙烯自身MFI的變化對成型收縮率的影響
聚丙烯的成型收縮率受其結(jié)晶度的影響，而結(jié)晶度又受其自身分子量大小的影響。當MFI增大時，分子量減小，其結(jié)晶速度增大，成型收縮率增大。如圖5所示為聚丙烯MFI變化時對成型收縮率的影響。
2．6 幾種改性劑對聚丙烯成型收縮率影響的比較
各種改性劑對聚丙烯改性料成型收縮率的影響如表1所示，從表中可以看出各種改性劑對聚丙烯改性料成型收縮率的影響都不一樣，玻纖影響較大。
聚丙烯改性料的成型收縮率由于加入的改性劑不一樣，成型收縮率是不一樣的。在試驗中我們發(fā)現(xiàn)，幾種改性劑并用時效果又不一樣，影響因素很多。如改性劑在聚丙烯中的分散程度、礦物改性劑自身的粒徑、各種礦物填加劑的表面處理情況等，都對成型收縮率有影響。此外，在成型過程中注塑機的成型工藝對成型收縮率的影響也很大。如注塑溫度和注塑壓力的變化對成型收縮率都有影響。
3．結(jié)論
3．1聚丙烯改性料的成型收縮率較純聚丙烯小，基本是純聚丙烯的40%--70%之間。各種改性劑對聚丙烯改性料成型收縮率影響不同。影響順序大致為：玻纖＞礦物質(zhì)＞彈性體＞聚乙烯。
3．2改變聚丙烯的結(jié)晶度是控制聚丙烯改性料成型收縮率的關(guān)鍵所在。
3．3成型收縮率的控制是一個復(fù)雜的過程，既要保證產(chǎn)品質(zhì)量，又要控制收縮率，需幾個方面同時考慮。