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关于塑料收缩率的探讨

       聚丙烯是通用塑料中用量较大的品种之一,具有密度小,刚性好,耐挠曲,耐化学腐蚀,绝缘性好等优点。它的不足之处是低温冲击性能较差、易老化、成型收缩率大。通过改性可以改善聚丙烯的低温冲击性能、成型收缩和热老化性能。使聚丙烯的使用范围大辐度扩大,在很多场合取代传统的工程塑料。聚丙烯原料来源充足,价格便宜,因而近年来在塑料改性行业中聚丙烯改性占据首位,成为改性塑料的主要品种,越来越受到人们的重视。
聚丙烯改性料的收缩率控制是聚丙烯改性的一个重要方面。收缩率控制的好对聚丙烯改性料的推广使用有重要意义,同时也是保证产品质量的一个重要方面。特别是利用改性聚丙烯取代传统的工程塑料,收缩率这一点显得十分重要。
聚丙烯改性在国内已经有成熟的技术,对聚丙烯改性理化性能的研究报导也很多,但对收缩率问题则很少有专门的报导。本人集多年的实践经验就聚丙烯改性料的收缩率控制问题做了一些探讨。
      1. 试验部分
      1.1 试验原料
聚丙烯(PP) 辽阳石油化纤总公司; 高密度聚乙烯(HDPE) 辽阳石油化纤总公司
POE 美国杜邦公司; EPDM 荷兰DSM公司; SBS 岳阳石化总厂
玻纤 上海耀华; 碳酸钙 营口大石桥; 滑石粉 海城金新
云母粉 河北; 助剂 市售 ; 低密度聚乙烯(LDPE) 燕山石化
       1.2 试验设备及仪器
挤出机 TM40MVC/D-40 意大利MARIS; 注塑机 TP120T 北京信冠机械设备制造有限公司
熔融指数仪 μPXRZ-400C 吉林大学科教仪器厂; 卡尺; 检测方法: ASTM D955 
       1.3 试样制备和检测方法
原料混合----挤出造粒----注塑打样(放置24h)----收缩率检测(环境温度为23℃)
注塑条件:温度170℃---190℃ 压力 80
      2. 结果讨论
聚丙烯的收缩成型大是聚丙烯本身的一大缺点,这主要是由于聚丙烯的高结晶度所致。结晶后的聚丙烯比重增大、体积缩小。结晶度为0%和100%时其比重分别为0.851和0.936。因此纯PP的成型收缩一般在1.7---2.2之间。控制聚丙烯的成型收缩率主要是控制其原料成型时的结晶度:结晶度越小其成型收缩率也越小;反之,结晶度越高则成型收缩率也越大。
在聚丙烯改性塑料中,由于各种改性剂的加入都不同程度的破坏了聚丙烯原有的结晶度,从而改变了聚丙烯原有的成型收缩率。
       2.1 橡胶对聚丙烯收缩率的影响
图1所示橡胶对PP改性料成型收缩率的影响。从图中可以看出随橡胶含量的增大,成型收缩率呈下降趋势。这主要是由于橡胶的加入破坏了聚丙烯自身的结晶度,从而导致成型收缩率的下降,而且三种弹性体POE、EPDM、SBS对成型收缩率影响也有差异。
a: POE b:EPDM c:SBS a:滑石粉 b:CaCO3 c:云母粉 
        2.2 矿物填充对聚丙烯改性料成型收缩率的影响
聚丙烯用的矿物填加剂主要有碳酸钙、滑石粉、云母粉等。各种矿物填加剂对聚丙烯成型收缩率的影响如图2所示,从图中可以看出矿物填加剂对PP改性料成型收缩率的影响比较明显。矿物填加剂对聚丙烯改性料成型收缩率的影响主要有三个方面:一是矿物填加剂本身不收缩,它的加入从整体比例上降低了聚丙烯改性料的收缩率;二是矿物填加剂的加入必然影响聚丙烯的结晶度,从而影响收缩率;三是微细的矿物剂加入后,起到一种成核剂的作用,改变了聚丙烯的结构状态,防大的球晶的形成,也影响聚丙烯的成型收缩率。
       2.3 玻璃纤维对聚丙烯改性料成型收缩率的影响
玻璃纤维对聚丙烯改性料成型收缩率的影响最大。如图3所示,当玻璃纤维的含量达到30%时以上时,其聚丙烯改性料的成型收缩率从1.8下降至0.5,而且表面处理过的玻纤对成型收缩率影响大于未进行处理的玻纤。玻纤的加入一则破坏了聚丙烯的结晶度,影响收缩率,更重要的是玻璃纤维限制了聚丙烯的结晶收缩。
a:表面未处理 b:表面进行处理 a:LDPE b:HDPE 
       2. 4 聚乙烯的加入对聚丙烯成型收缩率的影响
如图4所示为聚乙烯加入聚丙烯中对成型收缩率和影响。从图中可以看出聚乙烯的加入也影响聚丙烯改性料的成型收缩率。虽然聚乙烯也是一种高结晶度的塑料,成型收缩率也很大,但在加入聚丙烯中后相互都不同程度地破坏了各自的结晶度,使整体成型收缩率下降。 
       2.5 聚丙烯自身MFI的变化对成型收缩率的影响
聚丙烯的成型收缩率受其结晶度的影响,而结晶度又受其自身分子量大小的影响。当MFI增大时,分子量减小,其结晶速度增大,成型收缩率增大。如图5所示为聚丙烯MFI变化时对成型收缩率的影响。
       2.6 几种改性剂对聚丙烯成型收缩率影响的比较
各种改性剂对聚丙烯改性料成型收缩率的影响如表1所示,从表中可以看出各种改性剂对聚丙烯改性料成型收缩率的影响都不一样,玻纤影响最大。
聚丙烯改性料的成型收缩率由于加入的改性剂不一样,成型收缩率是不一样的。在试验中我们发现,几种改性剂并用时效果又不一样,影响因素很多。如改性剂在聚丙烯中的分散程度、矿物改性剂自身的粒径、各种矿物填加剂的表面处理情况等,都对成型收缩率有影响。此外,在成型过程中注塑机的成型工艺对成型收缩率的影响也很大。如注塑温度和注塑压力的变化对成型收缩率都有影响。
      3.结论
      3.1聚丙烯改性料的成型收缩率较纯聚丙烯小,基本是纯聚丙烯的40%--70%之间。各种改性剂对聚丙烯改性料成型收缩率影响不同。影响顺序大致为:玻纤>矿物质>弹性体>聚乙烯。
     3.2改变聚丙烯的结晶度是控制聚丙烯改性料成型收缩率的关键所在。
     3.3成型收缩率的控制是一个复杂的过程,既要保证产品质量,又要控制收缩率,需几个方面同时考虑。

 

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