论文部分内容阅读
聚丙烯(PP)发泡材料因综合性能优异而应用广泛,但PP熔体强度较差,泡孔容易合并、塌陷,导致发泡性能不佳。同时,传统的PP发泡制品的加工方法也在不同程度上容易出现工艺控制复杂、重污染、高设备投入、高能耗等问题。PP共混改性发泡是提高PP发泡性能的一种简单经济的方法,在不对普通注射机作任何改动的情况下加工生产微孔制品则具有设备投入成本低的优势。本文根据添加材料与PP相容性的差异,分别选取乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)、高密度聚乙烯(HDPE)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)和聚碳酸酯(PC)几种材料与PP进行共混,使用化学发泡剂作为气源,通过调整注射工艺参数条件,在普通注射机上制备不同PP微孔发泡材料,进行各种性能测试,探究不同相容性的材料对PP复合物性能的影响。另外,分别加入滑石粉和玻璃纤维制备PP复合材料及发泡材料,探究无机填料对PP微孔结构的影响。本文将PP分别与EVA、HDPE、ABS、PC、滑石粉和玻璃纤维几种材料按不同的质量比例共混,调节注射成型工艺参数在普通注射机中制备不同PP复合材料,并加入适量自制发泡剂母粒制备相应的PP微孔发泡材料。对于制备的PP复合材料标准成型注射样条,使用电子万能试验机进行拉伸测试以得到不同PP复合材料的力学性能;使用差示扫描量热分析仪(DSC)和动态热机械分析仪(DMA)测试不同PP复合材料的结晶性能和耐热性能;使用转矩流变仪测试不同PP复合材料的加工转矩;最后将不同的PP复合材料在液氮中浸泡淬断通过扫描电子显微镜(SEM)观察材料的微观形貌和微孔结构。PP/EVA复合材料的拉伸强度和杨氏模量因EVA加入而下降,但延展性较好;引入EVA,PP结晶能力减弱,熔融温度、结晶温度、结晶度均有降低;加入EVA提高了体系的熔体强度;PP/EVA=50/50时,两相分布最佳,对应发泡材料的泡孔结构最好,但与PP相比,EVA对泡孔结构的提升不大。PP/HDPE复合材料的拉伸强度和杨氏模量因HDPE加入而降低,但HDPE含量为75wt%时表现出较好的延展性,断裂伸长率可达530%;引入HDPE,PP结晶性能下降,熔融温度、结晶温度和结晶度均有所降低;PP复合体系的熔体强度增加,HDPE含量为75wt%时,两相分布最好,对应微孔发泡材料的微孔结构最优,泡孔密度较PP提高将近40倍。PP/ABS复合材料拉伸强度和杨氏模量随ABS含量增加而提高,延展性急剧下降;PP结晶性能下降,结晶温度、初始结晶温度、结晶度有所下降,增容剂加入可明显提高PP结晶性能;ABS、PP相容性较差,ABS在PP基体中以球状分布,提供了泡孔附着点,复合材料的泡孔较PP显著提高;加入增容剂后,ABS在PP基体中分布更均匀,分散相尺寸降低,且对应发泡材料的微孔结构进一步改善。PP/PC复合材料拉伸强度和杨氏模量随PC加入而增强,延展性能急剧降低;PP熔融温度、结晶温度、初始结晶温度均明显减低;PC、PP之间的相容性极差,相分离非常明显,可观察到较大的PC相聚集物,对应发泡材料的微孔结构较纯PP发泡材料有所改善,加入增容剂后,PP/PC微孔结构进一步得到提高。滑石粉的引入极大地提高了PP复合材料的刚性,材料的杨氏模量明显增加;滑石粉提供了大量成核点,促进PP异相成核,PP熔融温度、结晶温度和初始结晶温度均大幅提高;PP微孔发泡复合材料的泡孔尺寸降到50μm左右,泡孔密度较PP提高35倍以上,但过多的滑石粉容易团聚引起发泡性能下降;加入适量LDPE可提高PP熔体强度并降低滑石粉含量,在MPP:PP:LDPE=2:1:1配比时微孔尺寸和密度最佳。向PP中加入原始长度为12mm的玻璃纤维进行共混,通过正交试验确定普通注射和发泡注射成型的最佳加工条件;对最优的PP/玻纤复合材料及微孔发泡材料进行测试,结果表明复合材料的拉伸强度和残余纤维长度正相关,为对数关系;注射发泡成型有利于减少复合材料中玻璃纤维的断裂,拉伸强度优于普通注射制件,同时玻璃纤维的加入也改善了复合材料的微孔结构。通过以上工作制备了不同的PP复合材料及微孔发泡材料,从相容性角度探讨了不同相容性的聚合物材料和无机填料对PP力学性能和微孔结构的影响,证实了利用化学发泡剂作为气源、通过普通注射机制备具有良好泡孔结构的PP发泡复合材料的可行性,本文的研究工作可为提高PP制品力学性能、改善PP微孔结构提供了实验基础和实践借鉴,本文的研究也为促进认识PP微孔材料不同条件下的结构组分~加工工艺~微孔结构~力学性能之间的关系具有较好探索意义。