PP的物理改性方法及其進展
塑料網訊盡管PP存在著不少優點但是在耐低溫沖擊方面易老化方面成型收縮率方面易燃燒方面染色方面等有著本質上的弱點所以在作為結構材料和工程塑料材料上受到很大限制為此必須對PP進行各種各樣的改性才能拓寬其應用范圍使改性PP從通用塑料跨入到工程塑料行列中去
PP改性包括兩大類:一類是化學改性一類是物理改性下面敘述一下物理改性
物理改性
物理改性是在PP基體中加入其他的無機材料有機材料其他塑料品種橡膠品種熱塑性彈性體或一些是有特殊功能的添加助劑經過混合混煉而制得具有優異性能的PP復合材料
物理改性大致分為:填充改性增強改性共混改性功能性改性等
物理改性工藝路線簡單易行一般不需要復雜或特殊的設備利用塑料成型加工工廠原來設備即可但在要求特殊性能的改性制品時則需要添加專用設備如作磁性塑料時需要在擠出機機頭添加強化磁場設備等
下面分述一下幾種物理改性方法及其進展
1.填充改性
在PP樹脂中加入一定量的無機填料有機填料來提高制品的某些性能并能降低材料成本
填充PP的無機填料常用:云母粉碳酸鈣滑石粉硅灰石炭黑石膏赤泥立德粉硫酸鋇等常用的有機填料有:木粉稻殼粉花生殼粉等
云母填充PP的性能與其配比混合工藝偶聯劑種類云母粒度等因素有關一般云母的添加量為40%以下為好云母的粒徑在300目以上為好鈦酸酯偶聯劑用量為云母的30%左右為好硅烷偶聯劑可適當少些用丙烯酸表面處理劑時用量可加大到5-10%云母的種類對復合材料的熱性能力學性能關系不大云母的長徑比若不是太大云母的粒徑大小對材料的力學性能基本無大的影響粒徑小些對常溫沖擊和低溫沖擊強度及熱變形溫度稍稍有些提高云母的長徑比越大增強效果越好
制備云母填充PP時盡量不破壞云母的長徑比使云母均勻分散是其重要因素為此采用靜態混合器銷釘型混煉螺桿雙螺桿擠出機等有助于提高填充效果
硅灰石填充PP時硅灰石的用量在30-40%為好粒徑采用300-325目為好填充后對復合材料的拉伸強度有所降低但對于常溫和低溫下的缺口沖擊強度有所提高如常溫缺口沖擊由原來的4.5上升到5.9千焦耳/平方米低溫缺口沖擊由原來的1.8上升到2.2千焦耳/平方米而對于無缺口沖擊強度均是下降的由此看來硅灰石的填充有助于克服聚丙烯對缺口敏感性的弱點
用硅烷偶聯劑處理硅灰石對提高復合材料的力學性能有益對材料的成型加工性能也能改善
其他滑石粉赤泥重質碳酸鈣等填充PP時粘度增加較大但隨著切變速率增加時這種粘度增大現象就逐漸減弱一般可用表面處理劑如聚乙烯蠟脂肪酸鹽等及采用雙螺桿擠出機就可改善這種成型加工性能
用有機填料木粉玉米棒芯時應選擇長徑比大于15的為好這樣可改善韌性和負荷畸變度
低填充滑石粉時指滑石粉含量10-20%PP復合材料可取代ABS或高抗沖聚苯乙烯高填充是指滑石粉含量超過30%,主要用于對產品外觀要求不高主要是要求熱變形溫度模量等性能的制品
目前填充改性中填料日益趨向超細化已出現了超細碳酸鈣超細滑石粉粒徑為1250目2500目等
另外填充改性的發展趨勢是填料的表面改性技術在不斷完善開發不少表面處理劑不僅起到偶聯劑作用還具有分散劑增濕劑降粘劑成型加工助劑增加韌性等作用這樣可加大填充用量可達到60%以上的填充量
2.增強改性
增強改性PP可以取代工程塑料所選用的增強材料有玻璃纖維石棉纖維單晶纖維和鈹硼碳化硅等另外填料改性中的云母滑石粉處理好時也能作為增強材料用
玻璃纖維增強PP應用較廣一種是混合法即用短玻璃纖維象填料那樣進行成型加工;另一種是包復法該法近似于電線生產方法即在單螺桿擠出機上安裝一包復頭玻璃纖維連續進入包復頭P}從料斗進入螺桿兩者匯合在一起而后造粒即可
常用的偶聯劑為硅烷類或在偶聯劑體系中加入氯化有機物或過氧化物改善PY性能也有采用馬來酰亞胺鄰苯二酸酐均苯四酸酐二苯甲酮四酸酐等進行處理的
玻璃纖維增強改性時應注意的是玻纖在PP基體中的均勻分散若分散不均勻則會在混合體系中出現玻纖的堆積區和空隙區這些易造成應力集中降低制品強度另玻纖的取向問題也是一個重要問題在注射成型時應特別注意
3.共混改性
共混改性是指用其他塑料橡膠或熱塑性彈性體與PP共混填入PP中較大的晶球內以此改善PP的韌性和低溫脆性為此加入玻璃化溫度相對PP來說較低的一種塑料如LDPEHDPE,這樣PP晶相和無定形LDPE組成兩相連續貫穿結鉤這種貫穿結構作為韌性網絡傳遞和分散沖擊能量
例如PP/HDPE共混一般希望這兩種原料的熔融指數相接近為好HDPE的添加量一般在25%以下為好從共混物的流動曲線看HDPE起一種增塑作用
加入橡膠或彈性體是改性PP的主要途徑如在PP中可加世:順丁膠乙丙膠苯乙烯一丁二烯嵌段共聚物SBS乙烯丙烯二烯系三元共聚物EPDM天然膠聚異丁烯橡膠等
有時用三元共混增韌體系效果更好如PP/LDPE/乙丙膠PP/LDPE/EVA,PP/LDPE/EPDM此時低溫脆性可降到-40℃左右
一般橡膠的添加量為10%左右LDPE量也在10%左右
例如PP和聚氨酯共混PP和聚氨酯及SBS三元共混
基本配方:二元共混時PP/PU=90:10,三元共混時PP/PU/SBS=90:5:5
工藝條件:45毫米擠出機長徑比20:1,機筒溫度180210205℃機頭溫度180℃螺桿轉速15-20轉/分
｜在顯微鏡下觀察形成了以橡膠為分散相的海島式結構
有時在三元共混時用20-30%量的HDPE作為PP球晶的插入劑它可使PP球晶變得不完整被分割成晶片HDPE也有稱作補強增容劑有時用聚苯乙烯作為第三組分
三元共混時有時采用二步共混工藝即先制成母料,即先把PP和彈性體SBS按1:1的比例先制成母料然后在母料中加入配方中所需要的HDPE及剩下的PP料
采用粉料PP時則應在配方中添加一些抗氧劑和輔助抗氧劑
4.其他改性
阻燃改性:PP為可燃材料分解溫度為320-400℃起燃溫度350℃水平燃燒速度37毫米/分氧指數18.5PP的阻燃方法有兩種:一是大量添加具有阻燃作用的無機填料如氫氧化鋁氫氧化鎂但必須添加到70-80%時才能使制品具有阻燃性勢必影響加工性及制品的其他性能第二種方法是用阻燃劑如含磷含鹵含銻的化合物此法添加量少為10%左右只是阻嫩持久性差而且對成型設備有腐蝕
目前又發展了一種膨脹型阻燃體系它是由炭化劑炭化促進劑發泡劑三部分組成其阻燃效果優于上述兩種方法如用聚磷酸銨和三聚氰胺按3:1用量的關系則對PP的阻燃效果有明顯作用
抗靜電改性:在PP中添加炭黑等導電填料可使制品的表面電阻降到10歐姆以下
其他還有用成核劑改性或電鍍表面處理即二次加工性的改性在PP中添加抗氧劑抗紫外線劑以改進熱光老化性能等
