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玻璃纤维增强高结晶PP的研究
 
来源:中国玻璃纤维工业协会        发稿时间:2010-04-22 10:36:32        发稿编辑:幻境
  随着汽车工业的发展,轻量化、环保节能成为了汽车工业的发展方向。以塑代钢、塑料品种的单一化、塑料的回收再利用等越来越受到人们的重视。汽车用塑料中,聚丙烯(PP)的用量越来越大,尤其是高性能的PP。随着PP合成技术的进步,出现了很多高性能的PP,高结晶PP就是其中之一。高结晶PP具有高耐热、高强度的特点,纯高结晶PP的热变形温度达到了130℃。PP/玻璃纤维(GF)在汽车中的应用主要为汽车风扇、保险杠支架等对强度要求比较高的部件。高结晶PP/GF与普通PP/GF相比,性能可以得到较大的提高,国外大的PP改性厂家已经推出了高结晶PP/GF的牌号,其潜在应用主要为:保险杠骨架、仪表板骨架、门板骨架、变速箱壳体、蓄电池托盘、前端模组、电子盒、脚踏板及脚踏板支架等。国内还未见到此方面的研究,笔者研究了影响高结品PP/GF力学性能的几个关键因素。

  1 实验部分

  1.1主要原材料

  普通PF:J700,中国石油化工股份有限公司广州分公司;

  高结晶PP:HJ730L,韩国三星道达尔石化公司;

  高结晶PP:HA748L,美国利安德巴塞尔石化公司;

  增容剂PP-g-MAH:A,接枝均聚,国外;

  增容剂PP-g-MAH:B,接枝共聚,国外;

  增容剂PP-g-MAH; C,接枝均聚,自制;

  GF:988,巨石集团有限公司;

  山梨醇型α成核剂:H,国产;

  芳酰胺类β成核剂:J,国产。

  1.2 试验设备及仪器

  双螺杆挤出机:TSE-40B型,南京瑞亚挤出机械制造有限公司;

  注塑机:HTF90W1型,宁波海天国际有限公司;

  万能试验机:CMT6104型,深圳MTS工业系统有限公司;

  简支梁冲击试验机:ZBC1400-2型,深圳MTS工业系统有限公司;

  差示扫描量热(DSC)仪:PYRIS6型,美国Per-kin Elmer公司。

  1.3 试样制备

  将PP及增容剂、抗氧剂、润滑剂等助剂按比例经过高速混合机混合均匀后,由双螺杆挤出机挤出造粒,挤出机各段温度为190、200、220、210、210、210、210、210℃,机头温度为210℃,主机转速为30Hz,GF由长纤口加人。利用注塑机注射成型试样,所制试样GF质量分数均为(30±2)%。

  1.4 性能测试

  拉伸强度按GB/T 1040-2000测试;

  弯曲强度按GB/T 9341-2000测试:

  冲击强度按ISO 179-1993测试;

  DSC测试:升温速度为20℃/min。

  2 结果与讨论

  2.1 高结晶PP/GF、普通PP/GF的力学性能

  图1示出高结晶PP/GF、普通PP/GF的力学性能指标。

  由图1可知,高结晶PP/GF与普通PP/GF相比,高结晶PP/GF的拉仲强度从85 MPa增加到95MPa左右,弯曲强度从105 MPa提高到125 MPa左右,冲击强度从35 kJ/m2提高到45 kJ/m2左右,各项性能都提高了15%~18%。这主要是由于PP的高结晶度引起的,结晶度高可以使GF更多的依附PP成核结晶,从而PP与GF的粘附性提高,强度提高。

  图2示出普通PP与高结品PP的DSC曲线。由图2可知,普通PP结晶温度为108℃,高结晶PP的结晶温度为116℃,结晶温度提高了8℃,结晶峰也较窄,结晶速度更快,同时结晶焓也比普通PP高3.5 J/g。

 

 

  2.2 增容剂对高结晶PY/GF力学性能的影响

  表1示出不同的增容剂及其用量对高结晶PP/GF力学性能的影响。

  

  由表1可知,不同的增容剂及其用量对高结晶PP/GF的力学性能有很大的影响。当增容剂的质量分数为5%时,接枝率较高的增容剂A使高结晶PP/GF的性能提高最大,增容剂B、增容剂C由于接枝率低,在其质量分数为5%时不能完全达到改善界面相容性的要求,因此其对应的高结晶PP力学性能都较低。当增容剂B、增容剂C的质量分数为7%时,可以改善高结晶PP界面的相容性,使其性能得到很大程度的提高,由于增容剂B为接枝共聚PP,因此相应材料的冲击强度稍高一些。因此在增容剂的选择及用量上都要根据其接枝率以及客户要求来选择。

  2.3 成核剂对高结晶PP/GF性能的影响

  (1)力学性能

  表2示出不同成核剂对高结品PP/GF力学性能的影响。由表2可知,不论是高结晶PP/GF还是普通PY/GF,加人成核剂后,其力学性能均降低了约40%。

  

  (2)结晶速度

  在PP/GF中,加人成核剂后,PP会同时以成核剂和GF为核进行结品,其结品速度可以得到大幅度提高。图3示出添加不同成核剂的高结晶PP/GF的DSC曲线。由图3可知,加人β成核剂的PP/GF的结晶温度较高,加入α成核剂的次之,没加成核剂的最低。此时会产生两个问题:①PP与GF的粘附性降低了,由于没有全部以GF为核,其与GF的粘附性没有全部以GF为核时高;②以成核剂为主的结晶与以GF为主的结晶之间不是一个有机整体。因此,其强度大幅度降低。这同时也说明了高结晶PP/GF强度较普通PP/GF高的原因:由于PP较高的结晶度,使得PP更多的以GF为核进行结晶,从而使得GF与PP的粘附性提高,因此其强度也得到了较大幅度的提高。

  

  3 结论

  (1)制备了高结品PP/GF,其强度比普通PP/GF的力学性能提高了15%~18%,当GF质量分数为(30±2)%时,其拉伸强度为95 MPa、弯曲强度为125 MPa、冲击强度为45 kJ/m2。

  (2)不同增容剂及其用量对高结晶PP/GF的强度也有较大影响,均聚接枝物拉伸强度、弯曲强度较高,共聚接枝物的冲击强度较高。

  (3)在高结晶PP/GF中添加成核齐,不论是α成核剂还是β型成核剂,其力学性能都降低约40%,可能是由于PP不再依附GF成核的原因导致性能大幅下降。