孫彩迪 羅發(fā)海，2 羅發(fā)亮 薛屏 閆東廣

(1. 寧夏大學(xué)能源化工重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，寧夏 銀川,750021;2. 六盤山高級(jí)中學(xué)，寧夏 銀川, 750004;3. 江蘇科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇 鎮(zhèn)江，212003)

試驗(yàn)研究

擠出溫度對(duì)透明改性無(wú)規(guī)共聚聚丙烯性能的影響

孫彩迪1羅發(fā)海1，2羅發(fā)亮1薛屏1閆東廣3

(1. 寧夏大學(xué)能源化工重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，寧夏 銀川,750021;2. 六盤山高級(jí)中學(xué)，寧夏 銀川, 750004;3. 江蘇科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇 鎮(zhèn)江，212003)

通過(guò)差示掃描量熱儀(DSC)、偏光顯微鏡(PLM)等研究了擠出溫度對(duì)添加NX8000K成核劑無(wú)規(guī)共聚聚丙烯(PPR)的結(jié)晶行為、晶體形貌、光學(xué)性能及熱力學(xué)性能的影響。結(jié)果表明： PPR添加成核劑NX8000K后，隨著擠出溫度的升高， PPR的結(jié)晶峰溫度升高，晶核數(shù)量增多;試樣的拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率在高溫條件下表現(xiàn)得更加優(yōu)異，而沖擊強(qiáng)度和維卡軟化溫度則隨著擠出溫度的升高逐漸下降；試樣的光學(xué)性能得到提升，最終優(yōu)化出了適宜的擠出溫度。

無(wú)規(guī)共聚聚丙烯 成核劑 擠出溫度 性能

聚丙烯(PP)具有來(lái)源豐富、價(jià)格低廉、便于加工、力學(xué)性能好、密度小等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于汽車、化工、建筑、包裝、電氣等行業(yè)。無(wú)規(guī)共聚聚丙烯(PPR)作為聚丙烯的一種，結(jié)構(gòu)上的特點(diǎn)使其具有比均聚聚丙烯更加優(yōu)異的性能，如進(jìn)一步改善了光學(xué)性能，提高了抗沖擊性能，降低了熔化溫度等，廣泛應(yīng)用于高透明性、高韌性、低熔點(diǎn)等領(lǐng)域[1]。然而，具有一定透明度的PPR仍達(dá)不到聚碳酸酯等材料的透明性。因此，在PPR中添加成核劑進(jìn)一步改善透明性是工業(yè)界的研究探索熱點(diǎn)。

NX8000K成核劑是近幾年發(fā)展的新一代高效透明劑，它具有高于PP加工溫度的熔點(diǎn)，與PP基料的相容性較好，無(wú)毒等一系列優(yōu)點(diǎn)，充分展現(xiàn)了其在PP透明改性方面的優(yōu)良特質(zhì)。研究表明，除了添加透明成核劑可大幅增加PP的透明性外，擠出加工工藝對(duì)增透PP也有重要的影響。在原來(lái)對(duì)PP透明改性的基礎(chǔ)上[2]，下面主要探討擠出溫度對(duì)透明改性PPR結(jié)構(gòu)與性能的影響，可對(duì)PP共聚物加工工藝作進(jìn)一步研究與改進(jìn)。

1 試驗(yàn)部分

1.1 主要原料及儀器設(shè)備

PPR，R503，中石化北京燕山石油化工股份有限公司；成核劑，NX8000K，熔點(diǎn)245～255 ℃，美國(guó)美利肯公司；分散劑，TAS-2A，石家莊市舒普經(jīng)貿(mào)有限公司；鹵素吸收劑，DHT-4A，上海業(yè)欣貿(mào)易有限公司；其他助劑，抗氧劑1010、抗氧劑168，遼寧營(yíng)口風(fēng)光助劑廠。

同向雙螺桿擠出機(jī)，TSE-30型，南京瑞亞高聚物裝備有限公司；注塑機(jī)，VA120-A型，廣東伊之密精密機(jī)械股份有限公司；差示掃描量熱儀(DSC)，DSC4000型，美國(guó)PE公司；偏光顯微鏡(PLM)，Leica DM2500 P，北京中儀光科科技發(fā)展有限公司；透光率/霧度測(cè)試儀，WGT-S型，上海儀電物理光學(xué)有限公司；維卡軟化點(diǎn)溫度測(cè)定儀，HDT/V-3216，承德市金建檢測(cè)儀器有限公司；真空干燥箱，DZF-6050型，上海-恒科學(xué)儀器有限公司。

1.2 試樣制備

將PPR粉料置于真空干燥箱中使其充分干燥，備用。物料的質(zhì)量份分別為PPR 100份、成核劑NX8000K 0.60 份、分散劑TAS-2A 0.20 份、DHT-4A 0.04份 ，主輔抗氧劑1010與168的配比為1∶2。將稱量好的物料充分混合均勻后加入到雙螺桿擠出機(jī)中，然后進(jìn)入切粒機(jī)進(jìn)行造粒，最終注塑成標(biāo)準(zhǔn)樣條。

1.3 工藝參數(shù)設(shè)置

螺桿轉(zhuǎn)速設(shè)定為110 r/min，喂料速度為7 r/min。擠出機(jī)的溫度設(shè)置包括機(jī)筒和機(jī)頭的溫度，設(shè)計(jì)了4組不同的加工溫度如表1所示。為防止二次加工溫度對(duì)試驗(yàn)結(jié)果帶來(lái)干擾，4組試樣的注射溫度應(yīng)保持一致，模具溫度30 ℃，注塑頭240 ℃。

1.4 性能測(cè)試與結(jié)構(gòu)表征

拉伸強(qiáng)度按GB/T 1040—2006測(cè)試；沖擊強(qiáng)度按GB/T 1843—2008測(cè)試；霧度/透光率按GB/T 2410—2008測(cè)試；維卡軟化溫度按GB/T 1633—2000測(cè)試。

DSC分析：將樣品剪成4～5 mg小片置于坩堝中，N2氛圍下以20 ℃/min從20 ℃升至200 ℃，在200 ℃下保溫5 min，然后以10 ℃/min降至20 ℃，再以10 ℃/min從20 ℃升至200 ℃。

PLM分析：將少許試樣置于熱臺(tái)上以50 ℃/min速率升至220 ℃，恒溫3 min，壓成薄片，冷卻至室溫。然后將試樣置于偏光顯微鏡的載物臺(tái)上，以10 ℃/min速率將試樣升到220 ℃，恒溫保持5 min以消除熱歷史，然后再以70 ℃/min速率快速降到120 ℃進(jìn)行等溫結(jié)晶，觀察并記錄試樣在不同時(shí)間段內(nèi)晶體形貌變化情況。

2 結(jié)果與討論

2.1 擠出溫度對(duì)成核PPR熔融結(jié)晶行為的影響

圖1是不同擠出溫度下添加了成核劑NX8000K的PPR熔融結(jié)晶曲線。隨著擠出溫度的升高，PPR的結(jié)晶峰和熔融峰均向高溫方向移動(dòng)，結(jié)晶峰移動(dòng)較明顯，說(shuō)明了成核劑NX8000K改性PPR時(shí)對(duì)擠出溫度的選擇比較敏感，在適宜的擠出溫度下,能使成核劑成核作用發(fā)揮到最大。

2.2 成核劑對(duì)PPR微觀形態(tài)的影響

圖2為添加0.60份成核劑NX8000K前后，試樣PPR在不同時(shí)間段內(nèi)的等溫結(jié)晶偏光照片，結(jié)晶溫度為120 ℃。

對(duì)比圖2(a)和圖2(d)可以發(fā)現(xiàn)，結(jié)晶時(shí)間為10 min時(shí)，純PPR與NX8000K/PPR對(duì)比非常明顯，圖2(a)中晶體數(shù)目很少，圖2(d)中晶核數(shù)量非常多，晶體尺寸大大減小，球晶之間緊密排列，晶粒細(xì)小晶型模糊。當(dāng)結(jié)晶時(shí)間為30 min 時(shí)，圖2(c)中球晶體積增大相互緊挨，但晶型較明顯，圖2(f)中晶核的數(shù)量繼續(xù)增多，球晶尺寸細(xì)小，晶區(qū)連成一片。從試樣的PLM分析可知，NX8000K成核劑的加入起到了明顯的異相成核作用，試樣的結(jié)晶溫度會(huì)升高，這與DSC結(jié)果一致。

2.3 擠出溫度對(duì)成核PPR光學(xué)性能的影響

圖3是擠出溫度對(duì)PPR光學(xué)性能的影響。隨著擠出溫度的升高，成核劑NX8000K對(duì)PPR增透的作用更加明顯，透光率持續(xù)上升最高達(dá)79.0%，試樣霧度逐步下降，在250 ℃時(shí)，降至14.7%，繼續(xù)升溫，霧度值不再減小，說(shuō)明加工溫度過(guò)高或過(guò)低都不利于試樣透明性的增加，適宜加工溫度的選擇，對(duì)于添加NX8000K成核劑PPR性能的提升非常重要。

2.4 擠出溫度對(duì)成核PPR拉伸性能的影響

圖4是不同擠出加工溫度對(duì)成核PPR拉伸性能的影響。

從圖4可以看出，隨著擠出溫度升高，成核PPR的拉伸強(qiáng)度先上升后下降，斷裂伸長(zhǎng)率則逐漸升高。在250 ℃時(shí)拉伸強(qiáng)度達(dá)到最大值36.2 MPa，斷裂伸長(zhǎng)率達(dá)900%。

2.5 擠出溫度對(duì)成核PPR抗沖擊性能的影響

圖5是擠出溫度對(duì)成核PPR沖擊強(qiáng)度的影響。由圖5可以看出，成核PPR的沖擊強(qiáng)度隨著擠出溫度的增加呈現(xiàn)先略上升后下降的趨勢(shì)，當(dāng)240 ℃時(shí)沖擊強(qiáng)度達(dá)到最高，繼續(xù)升溫,沖擊強(qiáng)度則不斷減小。

2.6 擠出溫度對(duì)成核PPR耐熱性能的影響

圖6是不同擠出溫度對(duì)成核PPR耐熱性能的影響。

由圖6可以看出，隨著擠出溫度的升高，試樣的維卡軟化溫度逐漸下降，由66.4 ℃降到65.4 ℃，即在高溫加工條件下試樣的耐熱性能降低，綜合考慮選擇加工溫度250 ℃比較合適。

3 結(jié)論

a) 和純PPR相比，成核PPR的晶核數(shù)量增多，晶體尺寸大大減小；NX8000K成核劑能夠促進(jìn)PPR快速結(jié)晶，試樣結(jié)晶溫度升高，形成的晶體更加完善。

b) 隨著擠出溫度升高，樣品的透光率最高達(dá)到79.0% ，霧度降至14.7%，拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率在高溫條件下均比低溫下有所上升，但是樣品的沖擊強(qiáng)度和維卡軟化溫度隨擠出溫度的升高呈下降趨勢(shì)，說(shuō)明高溫條件下不利于試樣韌性與耐熱性能的提高，所選擇的適宜擠出溫度為250 ℃。

[1] 丁學(xué)佳,張德強(qiáng),褚文娟,等.透明聚丙烯的研究進(jìn)展[J]. 彈性體,2010,20(1):80-83.

[2] 孫彩迪,羅發(fā)亮,陶樂(lè),等.煤基均聚聚丙烯透明改性及熱性能研究[J]. 塑料工業(yè),2014,42(11):97-99.

下期主要信息

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Effects of Extrusion Temperature on Properties of Transparent Modified Polypropylene Random Copolymer

Sun Caidi1Luo Fahai1,2Luo Faliang1Xue Ping1Yan Dongguang3

(1. Key Laboratory of Energy Resources & Chemical Engineering of Ningxia University, Yinchuan, Ningxia, 750021; 2. Ningxia Liu Pan Shan High School, Yinchuan, Ningxia, 750004; 3. School of Material & Engineering, Jiangsu University of Science and Technology, Zhenjiang, Jiangsu, 212003)

The effects of extrusion temperatures on crystallization behavior, crystal morphology, transparency, thermodynamic properties of random copolymer of polypropylene (PPR) with nucleation agent NX8000K were investigated by Differential Scanning Calorimetry (DSC), Polarizing Microscope (PLM), etc. The results show that as the extrusion temperature increases, the crystallization peak temperature of PPR with addition of nucleating agent NX8000K will increase,and the quantities of crystal nucleus increase obviously. The tensile strength and elongation at break are more excellent at high temperature condition, but the notched impact strength and vicat softening temperature decrease. The optical properties of the samples are improved. Finally, the suitable extrusion temperature is obtained.

polypropylene random copolymer; nucleating agent; extrusion temperature; properties

2015-01-29;修改稿收到日期:2015-06-10。

孫彩迪，碩士研究生，主要從事煤化工及聚合物材料改性研究工作。E-mail:861384153@qq.com。

寧夏科技支撐計(jì)劃和國(guó)家自然科學(xué)基金(No.21264012)資助項(xiàng)目。