聚丙烯改性復合材料的低光澤度研究

王偉其 任淑亭

1上海天原集團有限公司（上海 200241）2山東道恩高分子材料股份有限公司（山東煙臺 264600）

聚丙烯（PP）是丙烯通過加聚反應而成的聚合物。系白色蠟狀材料，外觀透明且質輕。化學式為（C3H6）n，密度為0.89～0.91 g/cm3，易燃，熔點為189℃，在155℃左右軟化，使用溫度范圍為-30～140℃。在80℃以下能耐酸、堿、鹽液及多種有機溶劑的腐蝕，能在高溫和氧化作用下分解。聚丙烯廣泛應用于服裝、毛毯等纖維制品、醫療器械、汽車、自行車、零件、輸送管道、化工容器等生產，也用于食品、藥品包裝。為了適應各個領域對聚丙烯材料的性能要求，在工業生產中常常對聚丙烯進行改性。改性方法分為化學改性與物理改性，其中化學改性有共聚改性、接枝改性和交聯改性；物理改性有填充改性、共混改性和增強改性。針對不同的性能要求，選擇合適的改性方式得到的復合材料能應對各種條件下對材料的性能要求。

隨著人們生活質量的提高和工業水平的發展，對材料的性能提出更多的要求。特別是在汽車行業蓬勃發展的今天，汽車企業之間競爭日益激烈，開發出性價比高的汽車成為影響企業發展的重大因素。聚丙烯材料是原料易得、性價比高且在汽車上用量最大的材料，因此，如何開發低光澤的聚丙烯材料降低整車的塑料感，從而提升汽車內飾的感官質量，成為汽車企業和原材料供應商需要共同攻克的難題之一。通過對改性PP復合材料各組分進行對照試驗，篩選實驗結果，總結實驗規律，為制備不同光澤度要求的改性聚丙烯材料的配方設計提供指導。

1 實驗部分

1.1 實驗原料

均聚聚丙烯（PP 1～3）、共聚聚丙烯（PP 4～14），中國石油化工股份有限公司。1 000目滑石粉（平均粒徑為13μm），Talc 1～3；2 000目滑石粉（平均粒徑為6.5μm），Talc 4～6；3 000目滑石粉（平均粒徑為4.3μm），Talc 7～10：旭豐粉體原料有限公司。聚烯烴彈性體POE 1～7，韓國LG化學公司、SK集團、陶氏化學公司。黑色母1～3，青島潤興塑料新材料有限公司。抗氧劑1～2，利安隆（中衛）新材料有限公司。潤滑劑，巴斯夫股份公司。

1.2 儀器與設備

MT536雙螺桿擠出機，江蘇美芝隆機械有限公司；UN320SK注塑機，伊之密精密機械股份有限公司；KSJ MG268-F2光澤度測試儀，泉州科仕佳光電儀器有限公司。

1.3 試樣制備

將PP主料、滑石粉、POE、黑色母及助劑按一定比例混合，經高混機混合均勻，雙螺桿各段溫度為190～220℃，螺桿轉速300 r/min，在一定進料速率下將物料擠出、拉條，經水冷切粒，得到改性PP料粒。將所得到的改性PP料粒在80～85℃下干燥4 h后，用注塑機在190～200℃下注塑成YUKON皮紋板。皮紋板放置24 h后，采用光澤度測試儀對其皮紋面進行測試。

1.4 性能測試

每個樣品取3塊皮紋板，在每塊皮紋板上取3個點，采用入射角為60°測試光澤度，記錄數據，取平均值。

2 結果與討論

2.1 PP結晶度與光澤度的關系

將不同型號的PP原料與同一黑色母混合擠出造粒，經過注塑機注塑得到YUKON皮紋板，用光澤度儀測試數據，取平均值，并采用差示掃描量熱法（DSC）測試不同型號PP的結晶度，結果如表1和圖1所示。

表1 不同型號PP的結晶度及光澤度

圖1 不同型號PP結晶度與光澤度的曲線擬合圖

從表1可以看出，均聚PP的光澤度整體比共聚PP高，可解釋為均聚PP的結晶度比共聚PP高，更高的結晶度導致了更為規整的分子排列，從而材料表面更利于反射光線，得到更高的光澤度。由此，可得出降低材料結晶度可降低光澤度的結論。綜合不同型號PP的其他性能，選用共聚PP13作為下一步實驗的PP主料。

從圖1可以看出，結晶度與光澤度的散點圖大致呈線性關系，對散點圖進行線性擬合，得到線性方程：

其中：y代表光澤度，x代表結晶度。

2.2 滑石粉對光澤度的影響

2.2.1 添加不同目數的滑石粉對光澤度的影響

將共聚聚丙烯PP13、不同型號及目數的滑石粉按80∶20的比例與同一黑色母混合擠出造粒，經過注塑機注塑得到YUKON皮紋板，測試光澤度和力學性能，結果如表2所示。

表2 PP13與不同目數及型號滑石粉配比材料的光澤度及力學性能

從表2可以看出，加入滑石粉可大幅度降低復合材料的光澤度，且滑石粉目數對降低光澤度沒有太大影響。這是因為加入填充材料大幅度降低了材料的結晶度，導致光澤度降低。加入滑石粉的改性材料與原材料相比，拉伸強度基本保持不變，彎曲強度略有提高，但沖擊強度減半。同時，滑石粉還能起到降低成本的作用。綜合考慮，選用Talc9作為后續實驗的滑石粉填充材料。

2.2.2 添加不同份數滑石粉對光澤度的影響

將共聚聚丙烯PP13、不同份數的滑石粉按95∶5，90∶10，80∶20，70∶30比例與同一黑色母混合擠出造粒，經過注塑機注塑得到YUKON皮紋板，測試光澤度和力學性能，結果如表3所示。

表3 PP13與不同份數Talc9配比材料的光澤度及力學性能

從表3可以看出，隨著Talc9添加份數的增加，材料的光澤度呈下降趨勢，且材料的拉伸強度增加、彎曲強度增加、沖擊強度降低。這是因為隨著滑石粉份數的增加，材料的結晶度降低、光澤度降低，且材料的強度增加、韌性降低，表現為拉伸強度增加、彎曲強度增加、沖擊強度降低。

2.3 POE對光澤度的影響

2.3.1 添加不同型號的POE對光澤度的影響

將共聚聚丙烯PP13、Talc9滑石粉、不同型號的POE按74∶20∶6與同一黑色母混合擠出造粒，經過注塑機注塑得到YUKON皮紋板，測試光澤度和力學性能，結果如表4所示。

表4 PP13、Talc9滑石粉與不同型號POE配比材料的光澤度及力學性能

從表4可以看出，加入不同種類的POE對材料的光澤度沒有太大影響，但拉伸強度和彎曲強度略有降低，沖擊強度略有升高。綜合來看，添加POE6的材料光澤度較低且力學性能較好。這是因為添加的POE份數較少，對材料的結晶度沒有太大影響，且小幅度提高了材料的韌性，表現為拉伸強度和彎曲強度略有降低，沖擊強度略有升高。

2.3.2 添加不同份數POE6對光澤度的影響

將共聚聚丙烯PP13、Talc9滑石粉、不同份數的POE6按74∶20∶6，71∶20∶9，68∶20∶12與同一黑色母混合擠出造粒，經過注塑機注塑得到YUKON皮紋板，測試光澤度和力學性能，結果如表5所示。

表5 PP13、Talc9滑石粉與不同份數POE6配比材料的光澤度及力學性能

從表5可以看出，隨著POE6添加份數的增加，材料光澤度呈下降趨勢，拉伸強度降低、彎曲強度降低、沖擊強度大幅度提升。這是因為隨著POE份數的增加，POE對材料結晶度的影響也在增大，所以材料的結晶度下降；材料韌性大幅度提升、強度降低，表現為拉伸強度降低、彎曲強度降低、沖擊強度大幅度提升。

2.4 添加不同型號黑色母對光澤度的影響

將共聚聚丙烯PP13與不同型號黑色母混合擠出造粒，經過注塑機注塑得到YUKON皮紋板，測試光澤度，結果如表6所示。

表6 PP13與不同型號黑色母配比材料的光澤度

從表6可以看出，加入黑色母可降低材料的光澤度，且不同型號黑色母對材料光澤度的影響不大。

3 結論

（1）大部分共聚PP的光澤度比均聚PP要低；

（2）PP的結晶度與光澤度呈線性關系，可通過降低材料結晶度的方法降低光澤度；

（3）隨著滑石粉添加份數的增加，材料的光澤度呈下降趨勢，且拉伸強度增加、彎曲強度增加、沖擊強度降低；

（4）隨著POE添加份數的增加，材料的光澤度呈下降趨勢，且拉伸強度降低、彎曲強度降低、沖擊強度大幅度提升。

通過總結實驗數據，在保持力學性能的條件下得到復合材料PP13+Talc9+POE6的配方，其光澤度可達到1.5。