丙烯(简称PP材料)多用于工业生产中,是高分子性能的材料的一种,主要的形态为半结晶的热塑性的塑料,具有较高的耐冲击性,机械性质强韧,无毒、无味,密度小,强度、刚度、硬度耐热性都优良,是作为绝缘材料及食具的不错选择。
PP是非极性结晶聚合物,由于其自身分子结构规整度比较高的特点使其也存在脆性高、易燃易老化、注塑成产品后收缩率大等缺点。但是,最影响PP应用的因素是其较低的缺口抗冲击性能
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增韧机理
IPP增韧机理自上世纪50年代被提出,经过多年的演变和发展,按照提出的先后顺序主要有微裂纹理论、多重银纹理论、剪切屈服理论、空穴化理论和银纹-剪切带理论,目前得到普遍认可的是银纹-剪切带理论和空穴化理论。
1.1银纹-剪切带理论
银纹-剪切带理论认为改性后的PP复合体系在冲击过程中消耗的大量冲击能被PP基体吸收;在外力作用下分散相发生形变,成为应力集中体,能够促使周围基体发生脆-韧转变并且引发大量的银纹和形成剪切屈服带,由此吸收大量的形变能,从而使复合体系的韧性提高。
1.2空穴化理论
对于分散相体系的受力过程,由于分散相粒子的应力集中效应,在受到应力时两者的横向收缩率有差异,造成了形变时分散相粒子与基体的界面脱离,形成了所谓的空穴。空穴可以释放集中的张应力,同时也改变了粒子间基体的应力状态,有利于形成局部剪切带,吸收形变能。
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物理改性
2.1填充改性
通常采用碳酸钙、玻璃纤维、滑石粉、高岭土、硅藻土、云母粉、硅灰石等无机填料以及木粉、稻壳粉、玉米芯、花生壳粉等进行填充改性。为了达到满意的效果,需考虑填料的种类、粒径、粒度以及填料在PP中的分散性、填料和PP的界面作用等。
2.2共混改性
共混改性是指两种或两种以上的聚合物无机材料以及助剂,在一定温度下进行的机械掺混,最终形成宏观均匀一致,即“宏观均相,微观多相”,使其物理性能、力学性能有明显的改善。通常与PP共混改性的高聚物有PE、PA、PET、EPDM、EVA、SBS、POE等。
2.3添加成核剂改性
PP是一种结晶性的聚合物,其中还包含大量不完全结晶的PP颗粒。添加成核剂主要是改变PP的结晶行为,提高结晶速率和结晶密度。改变PP的结晶周期,从而使PP的晶粒尺寸变小。当有外力引发银纹时,由于成核剂的加入使PP晶粒细化,减少银纹的扩展,增加材料的韧性和透明性,从而改善PP材料的抗冲性能。
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化学改性
3.1共聚改性
在PP的抗冲改性方法中,化学共聚改性被普遍认为是最有效的方法。化学共聚改性常采用高活性的Ziegler–Natta催化剂,以丙烯为主体和一定量的共聚单体(乙烯、1-丁烯、1-己烯等α-烯烃)在适当的温度、压力和催化剂的作用下制备新型的PP材料,用于满足其对抗冲性、透明性、耐压性等方面的要求。
3.2接枝改性
利用C-H键的断裂与激活,在PP主链上结合其它单体的聚合物分支的反应。接枝改性能够基本保持PP主链的结构,但是又赋予产品一些特殊的性能,改性的效果取决于接枝的长度和接枝点的密度。PP的接枝法有溶液接枝法、熔融接枝法、悬浮接枝法以及等离子体接枝法等方法。
3.3交联改性
PP交联的方法可采用有机过氧化物、氮化物(化学交联)和辐射交联等。交联使线性或者支化程度很低的PP转化为三位网状的结构,赋予其热可塑性、高硬度、良好的耐溶剂性、高弹性和优良的耐低温等性能。
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结论与展望
IPP的增韧方法主要分为物理改性和化学改性两种方法。物理改性PP存在共混物在PP基体中的分散程度不均匀、成本高、批次稳定性差等缺点。从技术和经济等方面考虑,不适宜于开展大规模工业生产,仅适合于实验室进行小规模的生产,具有一定的局限性。成核剂的加入虽然成本低、成核效果明显,但是也存在受加工条件影响大等缺点。而化学改性会对材料的织态结构或者聚集态结构产生影响,能够获得具有不同应用性能的新型材料,将受到人们的重点
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