無規(guī)共聚聚丙烯(PPR)管材料增韌改性的研究.pdf

1、PPR管材是目前國際管材發(fā)展史上新發(fā)展起來的一種建筑用管材，特別是在供水管的應(yīng)用上已超過了鋁塑復(fù)合管。PPR樹脂是生產(chǎn)PPR管材的主要原料，它是由丙烯和少量的烯烴單體在加熱、加壓和催化劑作用下共聚得到的。PPR樹脂具有出色的綜合性能，能夠滿足一般條件下的輸水要求，但是其低溫韌性差，大大限制了PPR管材的應(yīng)用。雖然目前關(guān)于PP增韌的研究報道很多，但關(guān)于PPR管材專用料增韌的研究甚少。為使PPR管材適應(yīng)于我國北部寒冷氣候，本文采用熔融共混法

2、制備了不同增韌劑改性的PPR復(fù)合材料，研究了增韌劑、復(fù)配方式、組分用量和工藝條件等對PPR復(fù)合材料結(jié)構(gòu)和最終性能的影響，并分析了各種改性方法增韌PPR的機(jī)理。
　　 本課題研究的主要結(jié)果如下：
　　 1.通過熔融共混法制備了納米CaCO3/PPR、β成核劑WBG-Ⅱ/PPR和納米CaCO3/WBG-Ⅱ/PPR復(fù)合材料。納米CaCO3、WBG-Ⅱ和納米CaCO3/WBG-Ⅱ都能提高PPR的結(jié)晶速率。納米CaCO3沒有誘導(dǎo)β

3、晶生成的能力，但能起到細(xì)化PPR球晶的作用。β成核劑WBG-Ⅱ的加入能誘導(dǎo)β晶的生成，納米CaCO3和WBG-Ⅱ并用還能發(fā)揮協(xié)同效應(yīng)誘導(dǎo)大量β晶的生成。加入WBG-Ⅱ或納米CaCO3/WBG-Ⅱ使PPR的晶體形態(tài)發(fā)生改變，生成了一種以β晶為內(nèi)核，α晶在β晶表面附生結(jié)晶的β-α雙晶體。單獨(dú)加入納米CaCO3、WBG-Ⅱ能提高材料的常溫和低溫沖擊強(qiáng)度，但對低溫韌性提高不明顯，還會不同程度地降低材料的拉伸性能。而兩者的并用對材料的拉伸和沖擊性

4、能的提高都具有協(xié)同效應(yīng)，材料的綜合性能得到提高。綜合考慮材料的性能、加工特性和成本的要求，0.5wt％納米CaCO3/0.1wt％WBG-Ⅱ/PPR復(fù)合材料為可選用的材料配方。
　　 2.通過熔融共混法制備了POE/PPR和納米CaCO3/POE/PPR復(fù)合材料。POE與PPR相容性較好，POE的加入能改善PPR的加工性能，對PPR具有良好的常溫和低溫增韌效果，在0℃下，當(dāng)POE的用量為15wt％時，POE/PPR的沖擊強(qiáng)度較純

5、PPR提高約18倍，但同時降低了復(fù)合材料的彈性模量、拉伸強(qiáng)度和高溫蠕變等性能。納米CaCO3和POE的并用對增韌PPR不存在協(xié)同效應(yīng)，另一方面還降低了體系的剛性和強(qiáng)度，綜合性能下降。從SEM斷面觀察結(jié)果來看，POE增韌PPR的機(jī)理符合銀紋-剪切屈服理論，POE通過分子鏈的柔性可分散沖擊應(yīng)力，引發(fā)銀紋和剪切帶，控制并終止銀紋擴(kuò)展，使材料在破壞前吸收大量的沖擊能。
　　 3.通過熔融共混法制備了納米SiO2/PPR復(fù)合材料。適量(1

6、.0wt％)納米SiO2的加入，在提高PPR沖擊強(qiáng)度的同時，又起到增強(qiáng)增剛的作用，使材料的高溫蠕變性得到提高，還可改善PPR的加工性能。納米SiO2/PPR復(fù)合材料的最終性能與納米SiO2的表面性質(zhì)相關(guān)。納米SiO2表面包覆的分子層，降低了納米粒子的表面張力，減小了粒子之間的相互作用，使得納米粒子團(tuán)聚體尺寸變小并能較均勻地分散在PPR基體中。另外該分子層與基體間具有一定的界面相互作用，有利于納米粒子與基體之間載荷的傳遞，使得納米SiO2

7、對PPR基體起到了增韌增強(qiáng)的作用。
　　 4.通過兩種不同的加工工藝(一步法：納米SiO2、POE、PPR一起熔融共混；兩步法：納米SiO2和POE先熔融共混后，再與PPR熔融共混)制備了納米SiO2/POE/PPR復(fù)合材料。與POE/PPR復(fù)合材料相比，一步法制備的納米SiO2/POE/PPR復(fù)合材料不利于沖擊強(qiáng)度的提高，但當(dāng)POE用量較少(≤10wt％)時，納米SiO2的加入使三元復(fù)合材料的剛性和強(qiáng)度得到保持甚至提高，隨著P

8、OE用量增多(15wt％)，納米粒子開始失去補(bǔ)強(qiáng)增剛效應(yīng)。對于兩步法制備的三元復(fù)合材料，其常溫和低溫沖擊強(qiáng)度較二元復(fù)合材料有所提高的同時，卻一定程度上損失了材料的剛性和強(qiáng)度。當(dāng)POE用量較少時(≤10wt％)，兩種加工工藝制備的納米SiO2/POE/PPR復(fù)合材料的耐蠕變性較POE/PPR復(fù)合材料好，隨著POE加入量增多(15wt％)，三元復(fù)合材料的耐蠕變性變較二元復(fù)合材料差。其中由兩步法工藝制備的1.0wt％納米SiO2/10wt％P

9、OE/PPR為性能較優(yōu)的配方，在提高了常溫和低溫沖擊強(qiáng)度的同時保持了PPR的剛性、強(qiáng)度和耐蠕變性。
　　 5.納米SiO2/POE/PPR復(fù)合材料的最終性能與形態(tài)結(jié)構(gòu)有關(guān)，而加工工藝又影響著復(fù)合材料形態(tài)結(jié)構(gòu)的形成。一步法三元復(fù)合材料的形態(tài)結(jié)構(gòu)中有少量橡膠相包覆納米SiO2的結(jié)構(gòu)存在，還有部分納米粒子分散在基體中。兩步法三元復(fù)合材料中包覆結(jié)構(gòu)的數(shù)量比一步法多，此外，還有部分的納米粒子選擇性地分布在橡膠相的表面或POE和基體間的界面