改性聚丙烯收縮率的研究

婁小安，蘇吉英，孟成銘，段 浩

（上海日之升新技術發展有限公司，上海201109）

改性聚丙烯收縮率的研究

婁小安，蘇吉英，孟成銘，段 浩

（上海日之升新技術發展有限公司，上海201109）

討論了礦物填料（如滑石粉、碳酸鈣等）及玻璃纖維作為無機填料、乙烯－辛烯共聚物（POE）、線形低密度聚乙烯（PE－LLD）及成核劑對聚丙烯（PP）收縮率的影響。結果表明，無機填料均能較明地顯改善PP的收縮率，其中玻璃纖維影響較明顯，添加量為30%（質量分數，下同）時PP的收縮率由1.67%下降到0.34%，并且收縮率隨玻璃纖維填充量的增加而減小；POE、PE－LLD及成核劑的加入也能改善PP的收縮情況，且隨著含量的增加收縮率變小，并且POE改善效果較PE－LLD更明顯，當POE添加量為30%時，PP的收縮率從1.67%下降到1.16%，當PE－LLD添加量為30%時，PP的收縮率從1.67%下降到1.39%；成核劑的加入在降低PP收縮率的情況下還能加快PP的結晶速率。

聚丙烯；改性；收縮；礦物填料；玻璃纖維

0 前言

PP在通用塑料中用量較大，具有密度小、耐撓曲、耐化學腐蝕、絕緣性好等優點，但其耐低溫沖擊性能較差，易老化，并且收縮率較大，PP的成型收縮率在1.0%～2.5%之間，這嚴重限制了其在一些精密領域的應用。因此，控制PP的收縮率十分重要。

引起熱塑性塑料收縮的因素有很多種［1］，主要有熱收縮、結晶收縮、取向收縮、負收縮和后收縮等。PP是一種高結晶性塑料，因此引起收縮主要是由于其高結晶所導致，控制PP的成型收縮率主要是控制其原料成型時的結晶度，結晶度越小其成型收縮率越小；反之，結晶度越高則成型收縮率也越高。本研究在選用相同注塑工藝時，探討了無機填料、熱塑性塑料及成核劑對PP收縮率的影響及規律，以期為PP其他改性研究工作提供一定數據支持。

1 實驗部分

1.1 主要原料

PP，PPK7926，上海賽科石油化工有限公司；

POE，ENGAGE 8999，美國陶氏化學公司；

PE－LLD，6101XR，埃克森美孚公司；

玻璃纖維，無堿無捻粗砂，北京長城塑料增強材料福利廠；

滑石粉，CZ－1250、CZ6800、CZ－5，粒徑分別為12.0、6.5、2.6μm，常州誠志化工有限公司；

滑石粉，HTP－1，粒徑1.6μm，意大利IMIFABI公司；

抗氧劑，B225，汽巴精化公司；

成核劑，MB－LDN，意大利普力恒公司；

改性乙撐雙脂肪酸酰胺（TAF），蘇州興泰國光化學助劑有限公司；

高嶺土、硫酸鋇、玻璃微珠、碳酸鈣、硅灰石，市售。

1.2 主要設備及儀器

雙螺桿擠出機，KS36，昆山科信機械設備有限公司；

注塑機，HTF80X1，寧波海天注塑機廠；

烘箱，101A－1，吳江亞太烘箱制造廠；

高速混料機，SHR－200A，張家港欣榮機械有限公司；

數顯游標卡尺，0－150，上海量具刃具廠。

1.3 樣品制備

按100份PP中添加0.4份抗氧劑、0.3份潤滑劑TAF，并改變PP與礦物填料、POE、PE－LLD及成核劑的配比，分別稱量好后放入高速混料機中進行高速攪拌，然后通過雙螺桿擠出機擠出成型，擠出溫度為220℃，螺桿轉速為400r/min，經水槽冷卻后切粒，切粒后將粒子在80℃烘箱中烘2h，在直徑為99.85mm的模具中注塑成圓片，注塑溫度為190℃，注射速度為15g/s，注射壓力為25MPa，保壓時間為30s［2］。

1.4 性能測試與結構表征

將圓片在23℃、相對濕度50%下放置24h后測試尺寸，然后計算其成型收縮率，按式（1）計算［1］：

式中 S——成型收縮率，%

M——模腔直徑，mm

D——制品實際尺寸，平行于物料流動方向與垂直于物料流動方向直徑的平均值，mm

2 結果與討論

2.1 礦物填料對PP收縮率的影響

將PP與礦物填料按80/20的質量比制得復合材料，其收縮率如圖1所示。可以看出，加入不同礦物填料均會影響PP的收縮率，因為礦物填料的填充阻礙了PP分子鏈的運動，影響其結晶度，從而影響PP的收縮率；其次，是因為礦物填料為剛性粒子，其本身不收縮，加入PP中，會使改性料整體的收縮率下降；第三，超微細的礦物填料充入PP中，會起到異相成核作用，改變分子內部凝集狀態，從而影響PP的收縮率［3］。從圖1還可以看出，滑石粉對PP收縮率影響最大，這是因為滑石粉屬于層狀結構，在成型過程中，分子鏈會隨著滑石粉的片狀層呈一定取向排列，在冷卻結晶過程中對收縮率有一定程度的影響，而近似粒狀結構的硫酸鋇、玻璃微珠、碳酸鈣等填料不會在成型過程中隨樹脂流動發生取向，因此對其影響相對較小。

圖1 礦物填料對PP收縮率的影響Fig.1 Effect of mineral fillers on the shrinkage of PP

2.2 玻璃纖維對PP收縮率的影響

改變PP與玻璃纖維的比例分別制得玻璃纖維含量為10%、20%、30%的復合材料，測試其收縮率，結果如圖2所示，可以看出，玻璃纖維能顯著影響PP的收縮率，這是因為玻璃纖維會在熔體中沿流動方向進行排列，使PP分子鏈沿玻璃纖維方向進行取向，玻璃纖維分散于樹脂中起到骨架作用，較大地限制了分子鏈的收縮，同時也阻礙了其分子的結晶，提高了PP的穩定性［4］。

圖2 玻璃纖維含量對PP收縮率的影響Fig.2 Effect of contents of glass fiber on the shrinkage of PP

2.3 滑石粉粒徑及含量對PP收縮率的影響

從圖3可以看出，PP的收縮率隨著滑石粉粒徑的減小而緩慢降低，并且隨著其含量的增加收縮率呈較明顯的下降趨勢。這是因為在粒徑更大的情況下，滑石粉在PP中分散更均勻，整體上對分子鏈運動和收縮的限制更大。同樣，滑石粉含量越高，其在PP中的分散體積增大，阻礙了PP鏈段松弛運動，從而使PP的收縮率降低。

圖3 滑石粉粒徑及含量對PP收縮率的影響Fig.3 Effect of particle size and contents of talc on the shrinkage of PP

2.4 成核劑含量對PP收縮率的影響

從圖4可以看出，加入成核劑會減小PP的收縮率，這是因為，雖然成核劑有促進PP成核結晶的作用，但是，PP在成型后仍有較大的后收縮。在成型過程中，無定型的部分還未來得及結晶，成型后將慢慢結晶，加入成核劑將加快其結晶［5］，從而降低材料的收縮率。

圖4 成核劑含量對PP收縮率的影響Fig.4 Effect of contents of nucleating agent on the shrinkage of PP

2.5 POE及PE－LLD含量對PP收縮率的影響

從圖5可以看出，PP中加入POE、PE－LLD時，其收縮率降低，尤其在高添加量時影響更為明顯，這是因為，雖然其他烯烴類塑料同樣存在收縮，但是當其與PP一起共混時，能改變各自的結晶狀態［6］，從而達到降低PP收縮率的作用。

圖5 POE及PE－LLD含量對PP收縮率的影響Fig.5 Effect of contents of POE and PE－LLD on the shrinkage of PP

3 結論

（1）PP原料具有較大的收縮率，加入礦物填料及其他聚烯烴類塑料對改善其成型收縮具有較明顯作用，其中玻璃纖維的改善作用最明顯；

（2）控制PP的結晶及結晶狀態可以較好地控制其復合材料的收縮率。

［1］ 陳光輝，陶 杰，何娉婷.碳酸鈣/聚烯烴彈性體填充改性聚丙烯成型收縮率的探討［C］∥納米材料與技術應用進展.煙臺：中國材料研究學會，2005，474－477.

［2］ 趙文聘，黃海清，楊 健，等.聚丙烯改性料的收縮率探討［J］.工程塑料應用，2000，28（11）：8－10.

［3］ 劉容德.注塑工藝對聚丙烯性能的影響［J］.塑料科技，2002，（12）：27－30.

［4］ 王浩江，楊欣華，楊育農，等.低模塑收縮率聚丙烯的研究［J］.塑料工業，2007，35（5）：20－22.

［5］ 胡曉華，馬 進，雷軍慶，等.成核劑對聚丙烯結晶性能形態及性能的影響［J］.中國塑料，2002，16（5）：66－68.

［6］ 那 兵.聚烯烴（共混物）取向結晶與形變機理的研究［D］.成都：四川大學材料科學與工程學院，2005.

Research on Shrinkage of Modified Polypropylene

LOU Xiaoan，SU Jiying，MENG Chengming，DUAN Hao
（Shanghai SUNNY New Technology Development Co，Ltd，Shanghai 201109，China）

The influences of inorganic fillers，POE，PE－LLD，and nucleating agent on the shrinkage of polypropylene were studied.When glass fiber，POE，PE－LLD of 30%was incorporated separately，the shrinkage of polypropylene reduced from its devoid value of 1.67%to 0.34%，1.16%，and 1.39%，respectively.Other thermoplastic plastics and nucleating agent would also cause the decrease of the shrinkage.

polypropylene；modification；shrinkage；mineral filler；glass fiber

TQ325.1＋4

B

1001－9278（2011）12－0059－04

2011－08－15

聯系人，louxiaoan＠shsunny.com