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玻璃纖維增強高結晶PP的研究
 
來源:中國玻璃纖維工業協會        發稿時間:2010-04-22 10:36:32        發稿編輯:幻境
  隨著汽車工業的發展,輕量化、環保節能成為了汽車工業的發展方向。以塑代鋼、塑料品種的單一化、塑料的回收再利用等越來越受到人們的重視。汽車用塑料中,聚丙烯(PP)的用量越來越大,尤其是高性能的PP。隨著PP合成技術的進步,出現了很多高性能的PP,高結晶PP就是其中之一。高結晶PP具有高耐熱、高強度的特點,純高結晶PP的熱變形溫度達到了130℃。PP/玻璃纖維(GF)在汽車中的應用主要為汽車風扇、保險杠支架等對強度要求比較高的部件。高結晶PP/GF與普通PP/GF相比,性能可以得到較大的提高,國外大的PP改性廠家已經推出了高結晶PP/GF的牌號,其潛在應用主要為:保險杠骨架、儀表板骨架、門板骨架、變速箱殼體、蓄電池托盤、前端模組、電子盒、腳踏板及腳踏板支架等。國內還未見到此方面的研究,筆者研究了影響高結品PP/GF力學性能的幾個關鍵因素。

  1 實驗部分

  1.1主要原材料

  普通PF:J700,中國石油化工股份有限公司廣州分公司;

  高結晶PP:HJ730L,韓國三星道達爾石化公司;

  高結晶PP:HA748L,美國利安德巴塞爾石化公司;

  增容劑PP-g-MAH:A,接枝均聚,國外;

  增容劑PP-g-MAH:B,接枝共聚,國外;

  增容劑PP-g-MAH; C,接枝均聚,自制;

  GF:988,巨石集團有限公司;

  山梨醇型α成核劑:H,國產;

  芳酰胺類β成核劑:J,國產。

  1.2 試驗設備及儀器

  雙螺桿擠出機:TSE-40B型,南京瑞亞擠出機械制造有限公司;

  注塑機:HTF90W1型,寧波海天國際有限公司;

  萬能試驗機:CMT6104型,深圳MTS工業系統有限公司;

  簡支梁沖擊試驗機:ZBC1400-2型,深圳MTS工業系統有限公司;

  差示掃描量熱(DSC)儀:PYRIS6型,美國Per-kin Elmer公司。

  1.3 試樣制備

  將PP及增容劑、抗氧劑、潤滑劑等助劑按比例經過高速混合機混合均勻后,由雙螺桿擠出機擠出造粒,擠出機各段溫度為190、200、220、210、210、210、210、210℃,機頭溫度為210℃,主機轉速為30Hz,GF由長纖口加人。利用注塑機注射成型試樣,所制試樣GF質量分數均為(30±2)%。

  1.4 性能測試

  拉伸強度按GB/T 1040-2000測試;

  彎曲強度按GB/T 9341-2000測試:

  沖擊強度按ISO 179-1993測試;

  DSC測試:升溫速度為20℃/min。

  2 結果與討論

  2.1 高結晶PP/GF、普通PP/GF的力學性能

  圖1示出高結晶PP/GF、普通PP/GF的力學性能指標。

  由圖1可知,高結晶PP/GF與普通PP/GF相比,高結晶PP/GF的拉仲強度從85 MPa增加到95MPa左右,彎曲強度從105 MPa提高到125 MPa左右,沖擊強度從35 kJ/m2提高到45 kJ/m2左右,各項性能都提高了15%~18%。這主要是由于PP的高結晶度引起的,結晶度高可以使GF更多的依附PP成核結晶,從而PP與GF的粘附性提高,強度提高。

  圖2示出普通PP與高結品PP的DSC曲線。由圖2可知,普通PP結晶溫度為108℃,高結晶PP的結晶溫度為116℃,結晶溫度提高了8℃,結晶峰也較窄,結晶速度更快,同時結晶焓也比普通PP高3.5 J/g。

 

 

  2.2 增容劑對高結晶PY/GF力學性能的影響

  表1示出不同的增容劑及其用量對高結晶PP/GF力學性能的影響。

  

  由表1可知,不同的增容劑及其用量對高結晶PP/GF的力學性能有很大的影響。當增容劑的質量分數為5%時,接枝率較高的增容劑A使高結晶PP/GF的性能提高最大,增容劑B、增容劑C由于接枝率低,在其質量分數為5%時不能完全達到改善界面相容性的要求,因此其對應的高結晶PP力學性能都較低。當增容劑B、增容劑C的質量分數為7%時,可以改善高結晶PP界面的相容性,使其性能得到很大程度的提高,由于增容劑B為接枝共聚PP,因此相應材料的沖擊強度稍高一些。因此在增容劑的選擇及用量上都要根據其接枝率以及客戶要求來選擇。

  2.3 成核劑對高結晶PP/GF性能的影響

  (1)力學性能

  表2示出不同成核劑對高結品PP/GF力學性能的影響。由表2可知,不論是高結晶PP/GF還是普通PY/GF,加人成核劑后,其力學性能均降低了約40%。

  

  (2)結晶速度

  在PP/GF中,加人成核劑后,PP會同時以成核劑和GF為核進行結品,其結品速度可以得到大幅度提高。圖3示出添加不同成核劑的高結晶PP/GF的DSC曲線。由圖3可知,加人β成核劑的PP/GF的結晶溫度較高,加入α成核劑的次之,沒加成核劑的最低。此時會產生兩個問題:①PP與GF的粘附性降低了,由于沒有全部以GF為核,其與GF的粘附性沒有全部以GF為核時高;②以成核劑為主的結晶與以GF為主的結晶之間不是一個有機整體。因此,其強度大幅度降低。這同時也說明了高結晶PP/GF強度較普通PP/GF高的原因:由于PP較高的結晶度,使得PP更多的以GF為核進行結晶,從而使得GF與PP的粘附性提高,因此其強度也得到了較大幅度的提高。

  

  3 結論

  (1)制備了高結品PP/GF,其強度比普通PP/GF的力學性能提高了15%~18%,當GF質量分數為(30±2)%時,其拉伸強度為95 MPa、彎曲強度為125 MPa、沖擊強度為45 kJ/m2。

  (2)不同增容劑及其用量對高結晶PP/GF的強度也有較大影響,均聚接枝物拉伸強度、彎曲強度較高,共聚接枝物的沖擊強度較高。

  (3)在高結晶PP/GF中添加成核齊,不論是α成核劑還是β型成核劑,其力學性能都降低約40%,可能是由于PP不再依附GF成核的原因導致性能大幅下降。