聚丙烯由于合成方法簡(jiǎn)單且原料來(lái)源豐富價(jià)格低廉具有良好的耐化學(xué)性電性能力學(xué)性能可以加工成具有各種用途的注塑制品中空成型制品薄膜薄片和纖維從而成為塑料產(chǎn)量增長(zhǎng)最快的品種之一其產(chǎn)量在五大通用塑料中占第三位所以被廣泛應(yīng)用于日常用品包裝材料辦公用品電器及汽車(chē)部件等方面但是由于聚丙烯是結(jié)晶性聚合物內(nèi)部存在著很大球晶造成聚
丙烯的抗沖擊強(qiáng)度很低制品的后收縮現(xiàn)象嚴(yán)重在使用中并不具有足夠的剛性尺寸穩(wěn)定性或透明性等這嚴(yán)重地影響了聚丙烯樹(shù)脂的使用性能因此眾多的研究者從聚合技術(shù)成型技術(shù)復(fù)合材料技術(shù)等方面對(duì)聚丙烯進(jìn)行改性以提高其使用性能其中通過(guò)加入成核劑改善成型過(guò)程的結(jié)晶速度細(xì)化晶粒以提高制品的抗沖擊性能透明性及光澤度是實(shí)現(xiàn)聚丙烯的高性能化常用的方法
    

    1 聚丙烯的結(jié)晶
    

    1．1 結(jié)晶過(guò)程[1]
    

    在以下條件下聚合物熔體可以結(jié)晶1聚合物的分子結(jié)構(gòu)可以使晶體有序排列如主鏈的不完全運(yùn)動(dòng)一定位置的側(cè)基分布不規(guī)則有支鏈及大的側(cè)鏈則會(huì)妨礙結(jié)晶2晶核必須可以引發(fā)結(jié)晶并由此形成微晶微晶自行排列成超結(jié)構(gòu)即球晶3結(jié)晶溫度在聚合物的熔點(diǎn)f 和玻璃化轉(zhuǎn)變溫度tg之間以便使分子鏈具有必要的運(yùn)動(dòng)性在tm 以上不能形成穩(wěn)定的晶核在tg以下鏈段運(yùn)動(dòng)凍結(jié)晶核增長(zhǎng)速率為零4結(jié)晶過(guò)程包括晶核形成與晶核增長(zhǎng)結(jié)晶速度可由晶核密度和球晶的增長(zhǎng)速率計(jì)算聚合物的結(jié)晶過(guò)程實(shí)際上是分子鏈的鏈段有序排列的過(guò)程

    1．2 聚丙烯分子晶型對(duì)性能的影響

    1．2．1 聚丙烯的晶型[2．3] 

   等規(guī)聚丙烯iPP的分子鏈均為3s螺旋構(gòu)型可在不同的結(jié)晶條件下形成有α βγδ 和擬六方態(tài)5種晶體結(jié)構(gòu)其中以α和 晶型較為常見(jiàn)1α 晶型是單斜晶系是聚丙烯形成的最普通和最穩(wěn)定的形式熔點(diǎn)為167℃ 密度0．936g／cm3在商品化的聚丙烯中主要的晶型為α晶型

   2 β晶型屬六方晶系熔點(diǎn)為150℃ 密度為0．922 g／cm3在通常加工條件下PP以接近最穩(wěn)定的a單斜晶為主β晶型由于內(nèi)部排列比a晶型疏散得多對(duì)沖擊能有較好的吸收作用故 β晶型PP的沖擊強(qiáng)度比a晶型PP高1-2倍但是 晶型是在熱力學(xué)上準(zhǔn)穩(wěn)定動(dòng)力學(xué)上不利于形成的一種晶型田只有利用特殊方式才能獲得如選取合適的熔融結(jié)晶溫度及一定的溫度梯度剪切取向使用
成核劑等使a晶型轉(zhuǎn)變成 晶型其中通過(guò)添加能誘導(dǎo)生成 晶型的特效成核劑是目前公認(rèn)的得到高含量 晶型PP的最有效途徑之一

   3 γ晶型PP熔點(diǎn)150℃左右密度0．946g／cm3其形成機(jī)會(huì)比 晶少對(duì)于相對(duì)分子質(zhì)量較高的聚丙烯在高壓下可發(fā)生由a晶向 γ晶的固相轉(zhuǎn)變其有序程度最高

    4擬六方態(tài)亦稱醞晶密度0．88 g／cm3左右這是一種熱力學(xué)上不穩(wěn)定的晶體結(jié)構(gòu)也稱作次晶結(jié)構(gòu)或碟狀液晶屬于無(wú)定型到結(jié)晶態(tài)之間的過(guò)渡態(tài)結(jié)構(gòu)其分子鏈排列規(guī)整性較差結(jié)構(gòu)松散很容易被拉伸透明度較高

    1．2．2 聚丙烯的球晶結(jié)構(gòu)[3]

    聚丙烯從熔融狀態(tài)緩慢冷卻一般都具有球晶結(jié)構(gòu)其結(jié)晶溫度越高所形成的球晶越大性質(zhì)越脆結(jié)晶溫度越低則球晶越小因而球晶大小直接影響到材料的沖擊強(qiáng)度表1中IⅡ及混合型容易發(fā)生類似橡膠的變形所以屈服伸長(zhǎng)率較大而Ⅲ型和Ⅳ型在垂直于拉伸方向上容易開(kāi)裂變形較小

  1.3 成核劑在聚丙烯結(jié)晶中的成核作用[4]

    高分子材料進(jìn)行熔體結(jié)晶時(shí)最容易形成多角晶粒樹(shù)枝狀晶粒和球晶它的大小對(duì)聚合物的力學(xué)性能物理性能和光學(xué)性能起重要作用大的球晶通常使聚合物的斷裂伸長(zhǎng)和韌性降低研究發(fā)現(xiàn)聚合物中的雜質(zhì)對(duì)其結(jié)晶過(guò)程有很大的影響有些雜質(zhì)阻礙結(jié)晶而另一些雜質(zhì)能夠促進(jìn)結(jié)晶這些能促進(jìn)結(jié)晶的雜質(zhì)在聚合物的結(jié)晶過(guò)程中起晶核的作用成核劑正是這種能夠促進(jìn)結(jié)晶的雜質(zhì)在聚丙烯中加入成核劑能夠加快結(jié)晶速度成核劑在聚丙烯結(jié)晶過(guò)程中作為異相晶核先于聚丙烯熔體結(jié)晶并形成均勻分散的網(wǎng)絡(luò)使原有的均相成核變成異相成核該網(wǎng)絡(luò)的表面即為異相結(jié)晶的成核中心從而增加體系內(nèi)的晶核數(shù)目使生成的球晶高度均一細(xì)微化形成細(xì)小致密的球晶顆粒改變球晶的尺寸使分子鏈在較高溫度下具有很快的結(jié)晶速度生成的球晶的數(shù)目多尺寸小并且分布均勻可以比較規(guī)整地成長(zhǎng)這樣可以提高這些制品的抗沖擊性能透明性及光澤度從而改善聚丙烯的力學(xué)性能和光學(xué)性能