填充聚丙烯復合材料不同溫度下彎曲性能研究

俞 飛，吳亦建，聶 鑫，李 燁，吳國峰，陳延安

（金發科技股份有限公司，廣東廣州 510663）

聚丙烯（PP）是四大通用塑料之一，具有密度低、成型性能良好、無毒環保以及易回收等優點，在汽車、家電、電子電器等行業獲得廣泛應用［1-3］。在汽車領域中針對特定的項目需要特定的高溫模量保持率才能滿足零部件要求，如汽車空調殼體、空濾殼體需要較高的高溫彎曲模量保持率聚丙烯，而對于保險杠、爆破儀表板等特定的項目就需要較低的低溫彎曲模量改性聚丙烯材料。目前很少有見到深入、系統地研究改性聚丙烯高溫彎曲模量保持率的報道。常見報道的改性聚烯烴和金屬高溫模量濁試，如：玻璃纖維增強聚丙烯［4-6］、碳纖維增強聚丙烯［7］、滑石粉填充聚丙烯［8-9］、EPDM增韌聚丙烯［10］、成核劑改性聚丙烯［11］、交聯聚乙烯［12］、金屬材料高溫彈性模量濁定［13］，這些主要是從某些特定的性能角度出發展開深入研究，并未過多的關注改性聚丙烯復合材料的高低溫彎曲性能保持率這個指標。

本文重點對PP、PP-TD10、PP-TD20、PP-TD30、PP-TD40體系進行不同溫度（-40、-30、23、60、80、100、120 ℃）的彎曲性能研究。研究表明，隨著溫度的上升，聚丙烯復合材料的彎曲強度和彎曲模量不斷降低，另外隨著填充比例的增加復合材料的彎曲強度和彎曲模量也不斷上升。以23℃為基準，PP-TD20的復合材料在-40℃的彎曲強度保持率達244.7%、彎曲模量保持率達252.9%，120℃的彎曲強度保持率達22.8%、彎曲模量保持率達14.5%。本文對不同溫度下的改性聚丙烯進行彎曲性能的研究，對汽車行業用改性聚丙烯有著重要的指導意義。

1 實驗部分

1.1 主要原料

（1）聚丙烯PP

牌號：DXHC9012D（高結晶均聚，MFR=10～15 g/ 10min）；供應商：茂名石化。

（2）滑石粉Talc

牌號：TYT-777A（3000目滑石粉）；供應商：遼寧添源。

1.2 主要儀器和設備

雙螺桿擠出機：SHJ-30型，南京瑞亞高聚物裝備有限公司；注塑機：BS80-III型，廣州博創機械有限公司；高低溫彎曲試驗機：BT1-FB005TN.D14型，德國Zwick/Roell公司；掃描電子顯微鏡：JSM-IT100，日本日立公司。

1.3 試樣制備

按照一定重量比例稱取配方原料進行混合均勻，接著加入擠出機進行造粒，最后通過注塑機注塑樣條，注塑好的力學樣條放在標準環境（23℃、50%RH）中調節48h后濁試。

加工助劑添加量（質量分數）：抗氧劑1010+抗氧劑168+潤滑劑硬脂酸鋅+受阻胺光穩劑3808PP5= 0.2%+0.2%+0.2%+0.2%。

1.4 性能測試

常溫彎曲性能按照ISO 178、2mm/min濁試；高低溫彎曲性能按照ISO 178、2mm/min濁試，且在指定溫度下調節4h后安排濁試。

2 結果與討論

2.1 無填充PP不同溫度下彎曲性能研究

從表1可以看出，在無填充PP體系中不同溫度下的彎曲性能保持率不同，一般隨著溫度從低到高彎曲性能保持率不斷下降，這主要是因為聚丙烯是結晶高分子材料，且聚丙烯的玻璃化轉變溫度Tg在-10℃左右，高于Tg分子鏈會運動重排，溫度越高分子鏈之間的滑移越劇烈，低于Tg分子鏈被凍結運動困難，溫度越低凍結程度越深。

表1 無填充PP不同溫度下彎曲性能Table 1 Pure PP flexural performance at different temperatures

2.2 PP-TD10體系不同溫度下彎曲性能研究

從表2同樣可以看出，在PP-TD10體系隨著溫度的降低保持率不斷增加，在-30℃的溫度下彎曲強度保持率達221.6%，彎曲模量保持率達252.3%。

表2 PP-TD10體系不同溫度下彎曲性能Table 2 PP-TD10 system flexural performance at different temperatures

2.3 PP-TD20體系不同溫度下彎曲性能研究

從表3同樣可以看出，在PP-TD20體系隨著溫度的降低保持率不斷增加，在-30℃的溫度下彎曲強度保持率達228.1%，彎曲模量保持率達246.6%。

表3 PP-TD20體系不同溫度下彎曲性能Table 3 PP-TD20 system flexural performance at different temperatures

2.4 PP-TD30體系不同溫度下彎曲性能研究

從表4同樣可以看出，在PP-TD30體系隨著溫度的降低保持率不斷增加，在-30℃的溫度下彎曲強度保持率達221.3%，彎曲模量保持率達250.7%。

表4 PP-TD30體系不同溫度下彎曲性能Table 4 PP-TD30 system flexural performance at different temperatures

2.5 PP-TD40體系不同溫度下彎曲性能研究

從表5同樣可以看出，在PP-TD40體系隨著溫度的降低保持率不斷增加，在-30℃的溫度下彎曲強度保持率達227.6%，彎曲模量保持率達253.2%。

表5 PP-TD40體系不同溫度下彎曲性能Table 5 PP-TD40 system flexural performance at different temperatures

2.6 不同比例填充復合材料掃描電鏡(SEM)分析

從圖1電鏡分析可以看出，隨著配方滑石粉含量的增加SEM顯示片狀物質增加。滑石粉在聚丙烯體系中呈現片狀分布，直徑大約3～12μm，厚度小于1μm。滑石粉作為聚丙烯改性體系的填充增強劑，隨著含量的增加直徑有所下降，主要是因為含量的增加彼此之間的摩擦磨碎力度加大導致片狀結構受到破壞。

圖1 不同含量滑石粉填充體系電鏡分析Fig.1 SEM analysis of filling system with different content of talc

3 結論

（1）不同溫度下聚丙烯復合材料的彎曲性能不同，隨著溫度的不斷提高復合材料的彎曲強度和彎曲模量不斷下降，如PP-TD20體系在80℃時彎曲強度保持率44.7%，彎曲模量保持率36.2%。

（2）不同填充比例聚丙烯復合材料在相同高溫下彎曲性能保持率不同，填充含量越高彎曲性能保持率越高，如PP-TD10在100℃彎曲強度保持率35.1%，彎曲模量保持率28.5%，而PP-TD40在100℃彎曲強度保持率36.4%，彎曲模量保持率29.3%。

（3）從聚丙烯復合材料掃描電鏡可以看出，滑石粉呈現片狀結構，直徑大約3～12 μm，厚度小于1μm。