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一文了解PP增韌的11種方案

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PP/PE增韌體系



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PP/EVA增韌體系

 

EVA在增韌PP的同時,還可以提高斷裂伸長率、熔體流動指數(shù)和表面光澤度。

 

所選用的EVA中VA的含量為14%-18%之間。用20%EVA-15增韌PP,其沖擊強度提高12倍之多,剛性下降幅度小,其成本又低于彈性體或橡膠增韌PP,綜合性能優(yōu)于PP/EPDM體系。

 

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PP/PA6增韌體系

 

PP/PA6共混體系可改善兩者本身固有缺點,使材料具有優(yōu)良的綜合性能指標(biāo),選取15%PA6加入PP中,可使其沖擊強度提高50%,拉伸強度下降13.8%;如再加入5%PP-g-MAH作為相容劑,其沖擊強度可提高113%,拉伸強度下降2.7%。

 

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mPE/PP增韌體系

 

mPE具有非常低的玻璃化溫度,而且斷裂伸長率很大,非常適合于PP的增韌改性。

 

mPE對PP有較好的增韌效果,在PP中加入40%mPE,于-30℃下的缺口沖擊強度超過純PP的20倍,約為同等質(zhì)量份數(shù)EPDM增韌效果的9倍。另外還發(fā)現(xiàn),用mPE增韌PP,復(fù)合材料具有較低的拉伸永久變形、壓縮永久變形和蠕變變形,卓越的低溫性能和加工性能,成為EPDM的強有力競爭者。

 

此外,新開發(fā)的增韌材料有乙烯-辛烯共聚物EOC,用其增韌可使PP的沖擊強度增加9倍之多。

 

5

POE增韌PP體系

 

PP/POE是近年來開發(fā)的彈性體增韌PP體系,其增韌效果最好,耐候性好,流動性佳,熱穩(wěn)定性好,加工性能好,也是目前最常用的彈性體增韌PP體系。

 

POE與PP的相容性非常好,增韌效果尤其是低溫增韌效果十分明顯,優(yōu)于EPDM、EPR,其增韌效果為POE>EPDM>EPR,且彎曲模量和拉伸強度下降幅度小,其下降次序為POE<EPDM<EPR。

 

POE在PP中加入量超過15%時,增韌效果迅速提高。如在PP中加入30%POE時,其缺口沖擊強度從純PP的76.4J/m增加到626J/m。

 

與EPDM相比,POE內(nèi)聚能低、不含雙鍵、耐候性好,是EPDM的強有力替代品

 

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SBS增韌PP體系

 

SBS對PP的增韌效果不如EPDM,但可用于一般應(yīng)用場合。

 

研究表明,當(dāng)SBS的含量在0-10份之間時,沖擊強度隨加入量增大而增大;超過15份后,沖擊強度反而下降。用SBS與PP制成的耐沖擊型PP的常溫和低溫沖擊性能可分別提高5倍和10倍。具體配方為PP:SBS:CaCO? =48:40:12時,相關(guān)性能的懸臂梁沖擊強度為70KJ/㎡。

 

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EPDM、EPR增韌PP體系

 

EPDM(乙烯-丙烯-二烯烴三元共聚物)、EPR(乙烯-丙烯二元共聚物)是PP傳統(tǒng)最常用彈性體增韌材料,尤其以EPDM為主,兩者具有高彈性和良好的耐低溫性能,可改善PP的沖擊性能和耐低溫性能。由于兩者結(jié)構(gòu)中都含有丙基,因此與PP的相容性都很好,熱穩(wěn)定性非常高。

 

在5%-30%的含量范圍內(nèi),隨其加入量的增大,體系的沖擊強度近似線性迅速增大;但同時,體系的彎曲強度、拉伸強度、熱變形溫度等明顯降低。

 

與EPR相比EPDM與PP有良好的界面相互作用,溶解度參數(shù)相等(均為8.1),與PP的相容性更好,對PP的增韌效果更明顯。

 

以EPR為例,在PP中加入20%時,常溫缺口沖擊強度提高10倍之多,脆化溫度下降4倍之多。

 

以EPDM為例,當(dāng)PP/EPDM/滑石粉以100/20/10比例配合用于汽車保險杠時,不同生產(chǎn)廠家的性能如下表所示。

將EPDM進(jìn)行MAH接枝后形成EPDM-g-MAH后,用EPDM-g-MAH增韌PP比純EPDM效果更好。

 

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BR增韌PP體系

 

順丁橡膠(BR)具有高彈性、良好的低溫性能(玻璃化溫度-110℃)、耐磨性、耐撓曲性等優(yōu)點,BR的溶解度參數(shù)與PP接近,與PP的相容性好,增韌效果好。

 

當(dāng)PP/BR為100/15時,其沖擊強度提高近6倍,脆化溫度下降到8℃(下降23℃)。

 

9

塑料/彈性體協(xié)同增韌PP體系

 

彈性體與PP共混雖然具有優(yōu)良的沖擊強度,但剛性、強度和熱變形溫度等性能損失較大,且成本提高明顯。為了改善力學(xué)性能和降低成本,在彈性體/PP增韌體系中,加入塑料形成彈性體/塑料/PP三元共混體系。

 

在三元共混體系中最常用的塑料為HDPE和LLDPE,具體實例如PP/SBS/HDPE、PP/EPR/HDPE、PP/EPDM/LLDPE、PP/HDPE/BR(100/15/15)、PP/PS/mPE、PP/PS/SBS等。

 

PP/HDPE/BR三元增韌體系,當(dāng)比例為100/15/15時,不但韌性好,還具有高的拉伸強度和撓曲強度。

 

PP/SBS/BR三元共混體系的協(xié)同效果顯著,比單一PP/SBS或PP/BR增韌效果好得多。

 

對以上增韌體系的配方設(shè)計應(yīng)注意如下幾點。

 

①增韌效果。POE>mPE>TPE>EPDM,但從經(jīng)濟(jì)上考慮用EPDM多。

 

②相容劑的選擇對與PP相容性不好的增韌材料,在配方設(shè)計時,應(yīng)加入相容劑,常用的有PP-g-MAH。加入相容劑后,沖擊強度提高幅度明顯增大。如PA、PS、PVC等,都需要加入相容劑。

 

③加入量的確定。各種增韌材料對PP的增韌效果都有一個最佳加入量范圍,如SBS在15%以下效果好,POE在15%以上好。

 

④增韌材料的選用。不同增韌材料的增韌效果和對其他性能的影響不同,因此對不同應(yīng)用場合PP的性能要求也不同,應(yīng)根據(jù)具體性能來選擇增韌材料。如EPR增韌PP的耐老化性不好,用于戶外的汽車保險杠一般不選擇EPR而選用耐候性較好的EPDM。

 

⑤復(fù)合增韌。單一材料增韌PP,雖然沖擊強度提高了,但對其他性能影響較大。為此,常選用復(fù)合增韌,以平衡各方面性能,并可適當(dāng)降低成本。

 

⑥彈性體的粒度。粒徑小于1.5微米時,可取得較好的增韌效果。

 

10

無機剛性粒子增韌PP體系

 

常用的無機剛性增韌材料有云母、滑石粉、硅灰石、碳酸鈣和硫酸鋇等。

 

用橡膠進(jìn)行預(yù)增韌體系,對無機剛性粒子進(jìn)行適當(dāng)?shù)谋砻嫣幚砗螅尚纬梢詿o機剛性粒子為核,橡膠為殼的核-殼分散結(jié)構(gòu),無機剛性粒子的增韌效果十分顯著。具體應(yīng)用實例有PP/EPDM/CaCO?、PP/EPDM/滑石粉、PP/EPDM/硅灰石等。

 

無橡膠的預(yù)增韌體系,對無機剛性粒子的處理強度要大,最好在加入偶聯(lián)劑的同時加入助偶聯(lián)劑,復(fù)合處理效果好。對經(jīng)界面改性劑優(yōu)化處理的無機剛性粒子,也可形成以無機剛性粒子為核、界面改性劑為殼的殼-殼分散結(jié)構(gòu)。如PP/優(yōu)化處理的高嶺土增韌體系,當(dāng)高嶺土加入30%時,沖擊強度高達(dá)480J/m;再如,經(jīng)烷基羧酸鹽和助偶聯(lián)劑處理的CaCO?,在PP中加入50%時,其沖擊強度可提高1倍左右。

 

11

有機/無機納米材料增韌

 

納米材料是20世紀(jì)80年代剛剛發(fā)展起來的新材料,也是21世紀(jì)最有前途的新材料,受到了人們的廣泛關(guān)注,無機納米粒子由于表面缺陷少、非配對原子多、比表面積大,通過粒子效應(yīng)可以改善PP的結(jié)晶行為、結(jié)晶結(jié)構(gòu)以及界面區(qū)域聚丙烯的力學(xué)行為,從而達(dá)到即增強又增韌的目的。

 

 

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