PP改性研究

烟台大学PP改性效果评价刘志敏（烟台大学化学院，专业：高分子材料与工程，学号：201055507230）摘要：聚丙烯是一种性能优良的塑料，它的耐腐蚀性、耐折叠性和电绝缘性好，耐热性和机械强度由于聚乙烯，而且价格低廉，容易加工。但是聚丙烯的抗冲击强度不够高，低温下发脆，容易燃烧。为了提高它的韧性，常常将聚丙烯和橡胶弹性体共混改善提高它的韧性；对其进行阻燃改性最常用的方法是把无机阻燃剂填充到聚合物基体中赋予聚合物以阻燃性。添加的助剂有：聚烯烃弹性体、氢氧化镁、抗氧剂1010、偶联剂、硬脂酸等助剂。经过试验测得添加助剂后的材料在抗冲击强度、硬度、氧指数等方面都有明显的改善。关键词：聚丙烯、改性剂、阻燃剂Abstract：Polypropyleneisakindofhighperformanceplastic,itscorrosionresistance,foldingresistanceandgoodelectricalinsulation,heatresistanceandmechanicalstrengthbecauseofpolyethyleneandthepriceislow,easytoprocessing.ButtheimpactstrengthofPPisnothigh,lowtemperatureissuedcrisp,easytoburn.Inordertoimproveitstoughness,oftentopolypropyleneandrubberelastomersblendingtoimproveitstoughness;Ontheflameretardantmodificationofthemostcommonlyusedmethodistofilltheinorganicflameretardantinthepolymermatrixpolymerwithflameretardancy.Addingadditives:polyolefinelastomeric,magnesiumhydroxide,antioxidant1010,couplingagentandstearicacidadditives.Afteraddingadditivesmeasuredinexperiment,thematerialsintheimpactstrength,hardnessandoxygenindexhavebeenimprovedobviously.Keyword:Polypropylene、Modifier、Flameretardant前言聚丙烯是一种应用非常广泛的塑料，而且性能优良，但是有一些不足之处，如低温下发脆，容易燃烧等缺点。因此，针对聚丙烯的这些不足进行改性，以提高材料的使用价值。我们通过查阅书籍资料、网上搜索等途径，获得了聚丙烯的改性的配方，提高韧性的配方是：PP、POE、抗氧剂；阻燃的配方是：PP、氢氧化镁、抗氧剂、硬脂酸、三氧化二锑、偶联剂。通过改性的材料和设置的空白样进行对照，由实验数据可得出改性效果的好坏。烟台大学PP改性的研究一、配方设计：通过查阅资料，并在老师的指导和帮助下，确定了PP改性的配方，如下图表：增韧改性配方（份数）：A1B1C1A2B2C2PP100100100100100100POE0510152025抗氧剂0.50.50.50.50.50.5阻燃改性配方（份数）：A3B3C3PP100100100Mg(OH)2203040Sb2O31.51.51.5抗氧剂0.50.50.5硬脂酸0.50.50.5偶联剂0.50.50.5配方的设计是根据材料的不足而设计的，针对PP的低温脆性，选择POE橡胶弹性体和PP共混来提高它的韧性；对于阻燃，选择氢氧化镁无机阻燃剂添加到聚合物基体中赋予其阻燃性，是因为氢氧化镁在高温下通过分解吸收大量的热量，生成的水蒸气可以稀释空气中氧的浓度，从而缓解聚合物的热降解速度，减小火势抑制燃烧，促使炭化、抑制烟雾的形成等优点。偶联剂等其他助剂的加入都是为了增加物料和填料的配合性。二、操作过程：实验分成A、B、C三组，每组的配方总质量为：增韧配方：500g，阻燃配方：600g。1、称量所需的原料以及各助剂的量，按所占份数称量，重量大约为：A1组：PP：500gPOE：0抗氧剂：2.5gA2组：PP：420gPOE：90g抗氧剂：2.5gA3组：PP：500g氢氧化镁：100g三氧化二锑：7.5g抗氧剂：2.5g硬脂酸：2.5g偶联剂：2.5gB组合C组按同样的方法称量所需的物料和各助剂。2、将称量好的物料用高速混合机进行混合，温度控制在80℃左右用以融化偶联剂和硬脂酸，使其更好地包覆在物料的表面。混合的顺序为：首先加入PP、硬脂酸、烟台大学一半的偶联剂到高速混合机中，两分钟后加入另一半偶联剂，再过两分钟加入氢氧化镁搅拌八分钟，然后加入三氧化二锑和抗氧剂，继续搅拌两分钟，出料。3、准备造粒，用双螺杆挤出机对原料进行熔融进一步混合，挤出的料条经冷却水冷却牵引至鼓风机，去掉料条上的多余水分，再由切粒机造粒，取可以使用的物料用于注塑成型标准样条用。4、注塑成型，实验室用JPH-80四缸全液压注塑机进行标准样条的注塑成型，取四到六个标准样条留作性能测试用。图为标准样条。三、性能测试：1、简支梁冲击试验（1）试验原理：对硬质高分子材料试样施加一次冲击负荷使试样破坏，记录下试样破坏时或过程中单位试样截面积所吸收的能量，及冲击强度，来衡量材料冲击韧性。（2）试验设备：JC-25D电子式悬简组合冲击试验机（3）原材料试样：长L=64.46mm，宽b=12.89mm。（4）试验步骤：1）测量每个试样中部的厚度h和缺口试样剩余宽度b，精确到0.02mm。2）检查试验机是否有规定的冲击速度和正确的能量范围，破断试样吸收的能量在摆锤容量的10％至90％范围内。3）抬起并锁住摆锤，并把试样放在虎钳中。测定缺口试样是，缺口应在摆锤冲击刃的一边。4）释放摆锤，记录试样所吸收的冲击能，并对其摩擦损失等进行修正。5）实验结果如下：烟台大学组别试样厚度h(mm)试样缺口底部的剩余宽度b(mm)A（J)冲击强度(KJ/㎡)平均冲击强度（KJ/㎡）A114.0210.210.1433.4843.45224.0710.280.1403.34634.0210.230.1453.526B114.0610.240.2876.9036.16924.0410.160.2375.77434.0410.190.245.830C114.0210.050.88621.93018.4852410.050.69917.38834.0110.030.64916.136A214.0310.180.3318.0688.7442410.20.2877.03434.0310.210.45811.131B214.110.211.19528.54726.95024.0610.211.07725.98134.0610.191.08926.323C214.0210.292.08750.45249.6812410.291.84344.77634.0110.132.18653.814A314.0210.190.2225.4195.5762410.210.2305.63234.0110.190.2325.678B314.110.210.2786.6416.61124.110.210.2926.97534.0810.210.2596.217C313.9410.210.2415.9916.5222410.220.2646.45834.0410.190.2937.117（6）性能研究A1组不添加增韧剂，为空白对照组。B1-C2为添加增韧剂的实验组，其添加增韧剂的量依次增加。A3-C3为添加阻燃剂的实验组。在添加增韧剂的五组数据中，与空白对照组相比，其冲击强度增大。增韧剂添加越多，冲击强度增加的越多。在添加阻燃剂的三组数据中，阻燃剂添加的越多，冲击强度越大。烟台大学2、硬度试验（1）试验原理球压痕硬度是指以规定直径的钢球，在试验负荷作用下，垂直压入试样表面，保持一规定时间后，试样单位压痕面积所承受的压力，以MPa表示。（2）试验仪器：XHR-150型塑料硬度计（3）试验试样直径为50.76mm的圆（4）试验步骤1）根据材料硬度选择适宜的试验负荷。2）在2-3秒内将所选择的试验负荷平稳的施加到试样上，保持负荷30s，立即读取压痕深度h(mm).试验负荷：（标尺：HRR，球压头：12.7mm，总试验力：588.4N。）3)每组试样3块，每块测量4个点。取平均值。4）选择试验部位时，应使两压痕中心距离小于10mm，压痕中心到试样边缘的距离不小于10mm。（5）试验结果如下：①A1试验数据组别硬度/MPa硬度/MPa硬度/MPa平均值/MPa172.968.772.471.57273.270.571.2370.873.570.9②B1试验数据组别硬度/MPa硬度/MPa硬度/MPa平均值/MPa16563.265.563.78265.164.363.1362.263.562.1③C1试验数据组别硬度/MPa硬度/MPa硬度/MPa平均值/MPa155.460.357.158.7260.060.060.1358.159.058.4④A2试验数据烟台大学组别硬度/MPa硬度/MPa硬度/MPa平均值/MPa159.957.954.956.2256.657.250.8355.155.957.3⑤B2试验数据组别硬度/MPa硬度/MPa硬度/MPa平均值/MPa163.25860.559.82260.258.957.23626157.4⑥C2试验数据组别硬度/MPa硬度/MPa硬度/MPa平均值/MPa148.544.443.041.3238.045.540.6335.835.540.0⑦A3试验数据组别硬度/MPa硬度/MPa硬度/MPa平均值/MPa170.468.566.166.2265.064.565.2364.864.966.8⑧B3实验数据组别硬度/MPa硬度/MPa硬度/MPa平均值/MPa168.56769.168.24266.867.567.9367.570.169.8⑨C3试验数据组别硬度/MPa硬度/MPa硬度/MPa平均值/MPa168.868.268.667.2267.065.066.2366.266.567.9（6）性能研究在添加增韧剂POE的②-⑥组实验数据中，与空白对照组①相比，添加的增韧剂越多，其烟台大学硬度越小。在添加阻燃剂氢氧化镁⑦-⑨组实验数据中，因数据较少，无法做出准确判断。推测，阻燃剂添加量增加，硬度增大。3、氧指数测定试验原理氧指数测定塑料燃烧性是指在规定的试验条件下（23±2℃），在氧氮混合气流中，测定刚好维持试样燃烧所需的最低氧浓度，并用氧含量的体积百分数表示。本试验将高分子材料试样置于专用燃烧室中，通过气体测量和控制装置，测定进入燃烧室内维持高分子材料试样燃烧的氧气和氮气的体积流量，计算出混合气体中最低的氧气浓度。（1）试验仪器：XZT-100氧指数测定仪点火方式：顶端表面燃点法，是在试样上端的顶表面使用点火器引发燃烧，使火焰的最低可见部分解除试样顶端并覆盖整个顶表面，勿使火焰碰到试样的棱边和侧表面。在确认试样顶端全部着火后，立即移去点火器，开始计时，观察试样燃烧掉的长度。若30秒内不能点燃试样，则应增大氧浓度，再次点燃，直至30秒内点燃为止。在试样50mm处做标记，应在3分钟内燃烧至标记处。（2）试验步骤①在试样的宽面上距点火端50mm处划一标线。②取下燃烧筒的玻璃管，将试样垂直地装在试样夹上，装上玻璃管，要求试样的上端至筒顶的距离不少于100mm。③根据经验或试样在空气中点燃的情况，估计开始时的氧浓度值。对于在空气中迅速燃烧的试样，氧指数可估计为18％以上，对于在空气中不着火的，估计氧指数在25％以上。④打开氧气瓶和氮气瓶，气体通过稳压阀减压达到仪器允许压力范围。⑤分别调节氧气和氮气的流量阀，使流