PP/PE增韧体系
(2) PP/EVA增韧体系
EVA在增韧PP的同时, 还可以提高断裂伸长率, 熔体流动指数和表面光泽度.
所选用的EVA中VA的含量为14%-18%之间. 用20%EVA-15增韧PP, 其冲击强度提高12倍之多, 刚性下降幅度小, 其成本又低于弹性体或橡胶增韧PP, 综合性能优于PP/EPDM体系.
(3) PP/PA6增韧体系
PP/PA6共混体系可改善两者本身固有缺点, 使材料具有优良的综合性能指标, 选取15%PA6加入PP中, 可使其冲击强度提高50%, 拉伸强度下降13.8%;如再加入5% PP-g-MAH作为相容剂, 其冲击强度可提高113%, 拉伸强度下降2.7%.
(4) mPE/PP增韧体系
mPE具有非常低的玻璃化温度, 而且断裂伸长率很大, 非常适合于PP的增韧改性.
mPE对PP有较好的增韧效果, 在PP中加入40%mPE, 于-30℃下的缺口冲击强度超过纯PP的20倍, 约为同等质量份数EPDM增韧效果的9倍. 另外还发现, 用mPE增韧 PP, 复合材料具有较低的拉伸永久变形, 压缩永久变形和蠕变变形, 卓越的低温性能和加工性能, 成为EPDM的强有力竞争者.
此外, 新开发的增韧材料有乙烯-辛烯共聚物EOC, 用其增韧可使PP的冲击强度增加9倍之多.
(5) POE增韧PP体系
PP/POE是近年来开发的弹性体增韧PP体系, 其增韧效果最好, 耐候性好, 流动性佳, 热稳定性好, 加工性能好, 也是目前最常用的弹性体增韧PP体系.
POE与PP的相容性非常好, 增韧效果尤其是低温增韧效果十分明显, 优于EPDM, EPR, 其增韧效果为POE﹥EPDM﹥EPR, 且弯曲模量和拉伸强度下降幅度小, 其下降次序为POE
POE在PP中加入量超过15%时, 增韧效果迅速提高. 如在PP中加入30%POE时, 其缺口冲击强度从纯PP的76.4J/m增加到626J/m.
与EPDM相比, POE内聚能低, 不含双键, 耐候性好, 是EPDM的强有力替代品.
(6) SBS增韧PP体系
SBS对PP的增韧效果不如EPDM, 但可用于一般应用场合.
研究表明, 当SBS的含量在0-10份之间时, 冲击强度随加入量增大而增大;超过15份后, 冲击强度反而下降. 用SBS与PP制成的耐冲击型PP的常温和低温冲击性能可分别提高5倍和10倍. 具体配方为PP: SBS: CaCO3 =48: 40: 12时, 相关性能的悬臂梁冲击强度为70kj/m2.
(7) EPDM, EPR增韧PP体系
EPDM(乙烯-丙烯-二烯烃三元共聚物), EPR(乙烯-丙烯二元共聚物)是PP传统最常用弹性体增韧材料, 尤其以EPDM为主, 两者具有高弹性和良好的耐低温性能, 可改善PP的冲击性能和耐低温性能. 由于两者结构中都含有丙基, 因此与PP的相容性都很好, 热稳定性非常高.
在5%-30%的含量范围内, 随其加入量的增大, 体系的冲击强度近似线性迅速增大;但同时, 体系的弯曲强度, 拉伸强度, 热变形温度等明显降低.
与EPR相比EPDM与PP有良好的界面相互作用, 溶解度参数相等(均为8.1), 与PP的相容性更好, 对PP的增韧效果更明显.
以EPR为例, 在PP中加入20%时, 常温缺口冲击强度提高10倍之多, 脆化温度下降4倍之多.
以EPDM为例, 当PP/EPDM/滑石粉以100/20/10比例配合用于汽车保险杠时, 不同生产厂家的性能如下表所示.
将EPDM进行MAH接枝后形成EPDM-g-MAH后, 用EPDM-g-MAH增韧PP比纯EPDM效果更好.
(8) BR增韧PP体系
顺丁橡胶(BR)具有高弹性, 良好的低温性能(玻璃化温度-110℃), 耐磨性, 耐挠曲性等优点, BR的溶解度参数与PP接近, 与PP的相容性好, 增韧效果好.
当PP/BR为100/15时, 其冲击强度提高近6倍, 脆化温度下降到8℃(下降23℃).
(9) 塑料/弹性体协同增韧PP体系
弹性体与PP共混虽然具有优良的冲击强度, 但刚性, 强度和热变形温度等性能损失较大, 且成本提高明显. 为了改善力学性能和降低成本, 在弹性体/PP增韧体系中, 加入塑料形成弹性体/塑料/PP三元共混体系.
在三元共混体系中最常用的塑料为HDPE和LLDPE, 具体实例如PP/SBS/HDPE, PP/EPR/HDPE, PP/EPDM/LLDPE, PP/HDPE/BR(100/15/15), PP/PS/mPE, PP/PS/SBS等.
PP/HDPE/BR三元增韧体系, 当比例为100/15/15时, 不但韧性好, 还具有高的拉伸强度和挠曲强度.
PP/SBS/BR三元共混体系的协同效果显著, 比单一PP/SBS或PP/BR增韧效果好得多.
对以上增韧体系的配方设计应注意如下几点.
①增韧效果. POE﹥mPE﹥TPE﹥EPDM, 但从经济上考虑用EPDM多.
②相容剂的选择. 对与PP相容性不好的增韧材料, 在配方设计时, 应加入相容剂, 常用的有PP-g-MAH. 加入相容剂后, 冲击强度提高幅度明显增大. 如PA, PS, PVC等, 都需要加入相容剂.
③加入量的确定. 各种增韧材料对PP的增韧效果都有一个最佳加入量范围, 如SBS在15%以下效果好, POE在15%以上好.
④增韧材料的选用. 不同增韧材料的增韧效果和对其他性能的影响不同, 因此对不同应用场合PP的性能要求也不同, 应根据具体性能来选择增韧材料. 如EPR增韧PP的耐老化性不好, 用于户外的汽车保险杠一般不选择EPR而选用耐候性较好的EPDM.
⑤复合增韧. 单一材料增韧PP, 虽然冲击强度提高了, 但对其他性能影响较大. 为此, 常选用复合增韧, 以平衡各方面性能, 并可适当降低成本.
⑥弹性体的粒度. 粒径小于1.5微米时, 可取得较好的增韧效果.
(10) 无机刚性粒子增韧PP体系
常用的无机刚性增韧材料有云母, 滑石粉, 硅灰石, 碳酸钙和硫酸钡等.
用橡胶进行预增韧体系, 对无机刚性粒子进行适当的表面处理后, 可形成以无机刚性粒子为核, , 橡胶为壳的核-壳分散结构, 无机刚性粒子的增韧效果十分显著. 具体应用实例有PP/EPDM/CaCO3, PP/EPDM/滑石粉, PP/EPDM/硅灰石等.
无橡胶的预增韧体系, 对无机刚性粒子的处理强度要大, 最好在加入偶联剂的同时加入助偶联剂, 复合处理效果好. 对经界面改性剂优化处理的无机刚性粒子, 也可形成以无机刚性粒子为核, 界面改性剂为壳的壳-壳分散结构. 如PP/优化处理的高岭土增韧体系, 当高岭土加入30%时, 冲击强度高达480J/m;再如, 经烷基羧酸盐和助偶联剂处理的CaCO3, 在PP中加入50%时, 其冲击强度可提高1倍左右.
(11) 有机/无机纳米材料增韧
纳米材料是20世纪80年代刚刚发展起来的新材料, 也是21世纪最有前途的新材料, 受到了人们的广泛关注, 无机纳米粒子由于表面缺陷少, 非配对原子多, 比表面积大, 通过粒子效应可以改善PP的结晶行为, 结晶结构以及界面区域聚丙烯的力学行为, 从而达到即增强又增韧的目的.