稀土β成核劑改性聚丙烯的研究.pdf

1、聚丙烯(PP)具有優(yōu)異的綜合性能，在注塑、擠出、吹塑等生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛。但其缺口沖擊性能差，制約了使用范圍。本論文研究了不同α和β成核劑對(duì)聚丙烯性能的影響，重點(diǎn)研究稀土β成核劑增韌改性聚丙烯。論文的實(shí)驗(yàn)工作由六部分組成： 1．第二章選用四種α成核劑和三種β成核劑對(duì)聚丙烯進(jìn)行改性，研究每種成核劑及其含量對(duì)聚丙烯力學(xué)和結(jié)晶性能的影響。 2．第三章研究新型稀土β成核劑(WBG2)濃度對(duì)兩種牌號(hào)iPP的力學(xué)性能和熱性能的影響，并研

2、究了模具溫度、冷卻時(shí)間、熱處理溫度和時(shí)間與力學(xué)性能的關(guān)系。 3．第四章研究β-iPP非等溫結(jié)晶情況和動(dòng)力學(xué)，冷卻速率對(duì)結(jié)晶度和β晶相對(duì)含量的影響，考察熱歷史、拉伸、壓力對(duì)β-iPP結(jié)晶和β→α相轉(zhuǎn)變的影響，4．第五章研究等溫和非等溫以及剪切對(duì)β-iPP的超分子結(jié)構(gòu)的影響，重點(diǎn)研究溫度和降溫速率對(duì)β-iPP的超分子結(jié)構(gòu)的影響。 5．第六章研究β成核劑與α成核劑，αβ成核劑與其它協(xié)效劑并用對(duì)iPP力學(xué)和結(jié)晶性能的影響。

3、 6．第七章初步考察聚丙烯用α和β成核劑對(duì)PA和PET結(jié)晶性能的影響。 得到以下主要結(jié)論： 1．選用四種α成核試劑。α成核試劑加入iPP中，誘導(dǎo)產(chǎn)生α晶，結(jié)晶速率加快。試樣拉伸強(qiáng)度提高，斷裂伸長(zhǎng)率和沖擊強(qiáng)度下降。增透α成核劑TM-1優(yōu)于IrgaclearD。芳基磷酸類成核劑TMP-5和NA11增強(qiáng)效果最好。 2．選用三種β成核劑。β成核劑加入iPP中，誘導(dǎo)產(chǎn)生β晶，結(jié)晶速率加快。 β-iPP沖擊強(qiáng)度值對(duì)

4、溫度較敏感，隨著溫度的升高，沖擊強(qiáng)度值逐漸增大。WBG2-0.1和TMB5-0.1沖擊強(qiáng)度值分別為7.9 kJ/m<'2>和7.2kJ/m<'2>，較純PP提高146.9％和125％。0.1～0.5％添加范圍內(nèi)，隨著β成核劑濃度的增加，試樣沖擊強(qiáng)度逐漸下降，拉伸強(qiáng)度逐漸增大。 3．稀土β成核劑WBG2具有熱穩(wěn)定性作用，能減少加工過(guò)程中的氧化，試樣呈白色。TMB5和TMB20在易老化的PP材料中無(wú)抗氧化作用，制品成淡黃色和黃褐色。

5、 4．注塑時(shí)，升高熔體溫度，有利于消除擠出過(guò)程中的熱歷史，有利于生成β晶。無(wú)模溫控制時(shí)，試樣沖擊強(qiáng)度值隨冷卻時(shí)間的延長(zhǎng)而降低。適當(dāng)溫度下進(jìn)行熱處理有利于熱變形溫度和沖擊強(qiáng)度的提高。熱處理溫度越高，越有利于升溫過(guò)程中的β→α相轉(zhuǎn)變發(fā)生，本論文得出熱處理最佳溫度為100℃，最佳方式為水浴熱處理。模溫控制能提高低成核劑含量試樣的沖擊強(qiáng)度值，但對(duì)拉伸強(qiáng)度的提高不利。 5．WBG2能有效誘導(dǎo)β晶的生成，經(jīng)過(guò)四次熱循環(huán)后，試樣的β吸

6、熱峰依然明顯，是一種穩(wěn)定、高效的β成核試劑。注塑過(guò)程中，試樣靠近型腔的皮層到中心層，冷卻速率遞減，從皮層到芯層，試樣總結(jié)晶度和β晶相對(duì)含量逐漸增大。高壓(0.75GPa)使β-iPP結(jié)晶度提高，β晶相對(duì)含量增加。但高壓結(jié)晶時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，結(jié)晶度和β晶相對(duì)含量下降。拉伸中，β-iPP發(fā)生相轉(zhuǎn)變，部分試樣出現(xiàn)二次屈服，拉伸后，β晶大部分轉(zhuǎn)變?yōu)棣辆?，重結(jié)晶后試樣又重新生成大量β晶。 6．本文對(duì)研究較少的冷卻速率與β晶含量的關(guān)系做了定量研究。

7、得出較慢的冷卻速率有利于提高試樣的結(jié)晶度、β晶熔點(diǎn)和β晶相對(duì)含量。隨著冷卻速率從20℃/min降低到2.5℃/min，β晶熔點(diǎn)從149.7℃升高至156.9℃。試樣總結(jié)晶度從61.8％升高至69.6％。β晶相對(duì)含量從63.1％提高到91.4％。 7．β-iPP非結(jié)晶動(dòng)力學(xué)不適合用Ozawa方法描述，適合用莫志深法描述。 8．首次發(fā)現(xiàn)一種尚未見(jiàn)文獻(xiàn)報(bào)道的超分子結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)中心為雪花狀β晶，外圍包覆負(fù)極性β球晶。以10℃/m

8、in和20℃/min升溫，中心雪花狀β晶先熔化，外圍負(fù)極性β球晶后熔化。而以100℃/min升溫，則反之。說(shuō)明慢速升溫過(guò)程中存在β→α相轉(zhuǎn)變。 9．設(shè)計(jì)了一種新的實(shí)驗(yàn)方法，將β-iPP和純 PP壓膜拼接，然后用熱臺(tái)偏光顯微鏡進(jìn)行在線觀測(cè)，可在同等條件下，同時(shí)觀察α晶和β晶的生成和演變情況，可清楚地區(qū)分出兩種晶體的異同。 10．降溫速率對(duì)β-iPP的超分子結(jié)構(gòu)影響巨大。W-0.2以100℃/min和20℃/min降溫，形成

9、的晶體細(xì)小、雜亂。以10℃/min和5℃/min降溫時(shí)，首先生成雪花狀β晶，然后以其邊緣為晶核附生負(fù)極性β球晶。低剪切速率下，β-iPP首先生成纖維狀晶體，最終形成柱晶。高剪切速率下，β-iPP首先生成致密的纖維晶，最終形成眾多細(xì)小晶體。 11．發(fā)現(xiàn)了能大幅降低成本，提高成核效率的成核協(xié)效劑A、C、D、F、G。這些成核協(xié)效劑與WBG2并用后能顯著提高試樣的沖擊強(qiáng)度，其中A增韌效果最明顯，能使純PP沖擊強(qiáng)度從3.2 kJ/m<'2