表1 高熔體強度(HMSP)PP與普通PP的主要性能比較[7]
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性能
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測試方法
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Pro-faxPF-814
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普通線性PP
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熔體流動指數(shù),g/10min
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ASTM-D1238
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2
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3
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密度,g/cm3
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ASTM-D1505/792
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0.91
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0.90
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拉伸屈服強度,MPa
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ASTM-D538
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40
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37
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彎曲模量,MPa
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ASTM-D6908
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2206
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1700
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缺口沖擊強度(23℃),J/m
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ASTM-D256
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27
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64
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熱變形溫度(0.45MPa),℃
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ASTM-D648
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135
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110
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熔點,℃
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DSC
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168
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157
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除了直接采用高熔體強度的PP外,為降低成本,可以利用其對普通PP進行共混改性,以達到增加體系熔體強度的目的。劉振龍[8]等以質(zhì)量分數(shù)為10%~15%HMSPP分別與均聚和共聚PP進行共混。采用均聚PP為樹脂基體的材料具有較高的剛性,但是發(fā)泡倍率以及材料韌性不及以共聚PP體系,這主要是均聚PP較高的結(jié)晶度決定的。當在以 HMSPP/均聚PP體系中加入第三組分彈性體乙烯辛烯共聚物(POE)后,可以增加發(fā)泡倍率,改善發(fā)泡材料的韌性。此外,文章對三種不同的化學發(fā)泡劑的發(fā)泡效果進行了對比,它們分別是HP-20P、EP1755和RA。其中HP-20P、EP1755為吸熱型發(fā)泡劑,一旦受熱停止,發(fā)泡劑就會停止分解,材料的形態(tài)體現(xiàn)為較小的泡孔。而RA屬于放熱型發(fā)泡劑,在沒有吸熱的情況下仍可能繼續(xù)分解,導致氣泡孔徑的增大。
1.2.2基于化學交聯(lián)提高聚丙烯熔體強度的研究
由于我國高熔體強度PP的生產(chǎn)還是空白,為增加熔體強度,國內(nèi)在PP發(fā)泡方面的研究主要集中于PP的化學交聯(lián)上。王蘭[9]等以過氧化二異丙苯(DCP)為交聯(lián)劑, 二乙烯基苯為助交聯(lián)劑研究了發(fā)泡PP擠出型材的性能受各組分以及工藝條件的影響,通過設(shè)計正交配方實驗方案,發(fā)現(xiàn)按照用量對制品拉伸強度影響最大的因素分別為:AC發(fā)泡劑、交聯(lián)劑、成核劑以及發(fā)泡助劑PbSt。徐志娟[10]等利用發(fā)泡劑(AC)、交聯(lián)劑(DCP)研究了PP在擠出發(fā)泡過程中工藝條件的影響,發(fā)現(xiàn)擠出機頭的設(shè)計對制品的發(fā)泡形態(tài)有重要影響,如果機頭口模設(shè)計不合理,導致螺桿和機頭之間出現(xiàn)壓力損失,很容易引起熔體的提前發(fā)泡,導致熔體在離開機頭后爆炸式膨脹而引起熔體破裂。同時,螺桿的轉(zhuǎn)速也對制品質(zhì)量有很大影響,轉(zhuǎn)速太低,機頭處的背壓低,容易發(fā)生提前發(fā)泡,而當其轉(zhuǎn)速過高時,則會產(chǎn)生熔體滑移現(xiàn)象,導致熔體流動的不穩(wěn)定性,最終產(chǎn)生熔體破裂。從溫度方面考慮,一方面溫度越高,氣體在熔體中的溶解度越低,容易導致提前發(fā)泡,另一方面,溫度越高,熔體強度會降低,不利于泡孔的形成,因此機頭溫度應盡可能低。
李迎春[11]等以過氧化二異丙苯(DCP)為交聯(lián)劑,二乙烯基苯為助交聯(lián)劑,AC為發(fā)泡劑對PP模壓板材的發(fā)泡進行了報道。他們首先對交聯(lián)過程進行了研究,發(fā)現(xiàn)交聯(lián)劑和交聯(lián)助劑的用量直接影響泡沫制品的性能,用量太小,熔體強度不夠,用量太大則會產(chǎn)生凝膠化,影響材料加工。在發(fā)泡劑的用量與制品性能圖上,存在一個最優(yōu)值,制品的沖擊強度首先隨發(fā)泡劑用量的增加而增加,達到最大值后,性能反而隨之下降,這通常是由于發(fā)泡劑含量太大,氣體體積增加導致氣孔破裂引起的。同時,模壓時間、壓力以及溫度都對制品的發(fā)泡性能有很大影響:模壓時間的長短決定了發(fā)泡劑的分解時間,時間太短,發(fā)泡劑不能完全分解,而時間如果太長又會導致PP的降解,而模壓力和模溫則直接關(guān)系到熔體的黏度,壓力小、氣泡的孔徑大,會導致氣體的逃逸;壓力太大的話,外壓釋放時,熔體無法承受內(nèi)部氣體的高壓也會導致氣泡的破裂。
方少明[12]采用AC發(fā)泡劑,交聯(lián)劑DPC以及一些偶聯(lián)劑、發(fā)泡成核劑和助發(fā)泡劑,對CaCO3 交聯(lián)PP復合體系的注射成型進行了研究。大量CaCO3(80%)的加入一方面提高了熔體的黏度,有利于氣泡的穩(wěn)定,另一方面針狀的CaCO3粒子能有效的阻止裂紋的發(fā)展,降低材料對缺口沖擊的敏感性。
除了采用常規(guī)的交聯(lián)劑對PP分子進行交聯(lián)以提高熔體強度外,還可以對PP主鏈進行接枝。G.J.Nam[13]通過反應擠出接枝,對線性PP和接枝PP的流變學性能和擠出發(fā)泡進行了比較,發(fā)現(xiàn)長鏈接枝可以大大提高PP的零剪切粘度、抗熔垂性和拉伸變硬性。反映在發(fā)泡性能上,就使得材料具有更好的泡孔形態(tài)和尺寸,以及更高的發(fā)泡倍率。黎勇[14]等對接枝改性PP的發(fā)泡進行了研究,采用過氧化物作為引發(fā)劑、線性不飽和聚酯作為支鏈,在雙螺桿擠出機上進行反應擠出,紅外分析表明,接枝率可達89.3%。接枝能改善PP的流變性能,降低結(jié)晶度,使熔體強度對溫度的敏感性下降,從而拓寬了材料的發(fā)泡溫度范圍。