论文β晶体含量结晶形态对无规共聚聚丙烯韧性影响是关于本文可作为相关专业聚丙烯论文写作研究的大学硕士与本科毕业论文聚丙烯价格论文开题报告范文和职称论文参考文献资料。
摘 要：采用广角X射线衍射（WAXD）、差示扫描量热仪（DSC）及偏光显微镜（PLM）等研究了β改性PPR的结晶行为,并测试其力学性能.结果表明：通过调节β成核剂含量能够调控PPR的结晶结构和结晶形态,成核剂含量为0.05wt%和0.1wt%时,β晶体含量分别达到36.0%和29.7%,且分别形成“花瓣状”和“树枝状”β晶体,该类β晶体超分子结构更有利于提高PPR的力学性能.
关键词：无规共聚聚丙烯；β成核剂；结晶；力学性能
无规共聚聚丙烯（PPR）作为聚丙烯（PP）的衍生材料,因具有良好热性能和力学性能使其在众多领域如管材、家具和汽车等得到广泛应用[1].由于PPR的乙烯链段无规地分散到丙烯链段中,从而阻碍了聚丙烯链段的结晶,以至于PPR的结晶行为很难被调控[2].聚丙烯最常见的主要是α单斜晶体和β三斜晶体.相比α晶体而言,β晶体具有更优异的韧性和延展性.α晶是最稳定的晶体形态,而β晶体需要通过严格的结晶温度、压力、剪切或添加β成核剂等条件才能够获得.通常来说,添加β成核剂是目前最有效且可行的获得高含量β晶型聚丙烯的方法.然而,对于β成核剂含量和结晶形态对PPR力学性能的影响还未见相关报道,本研究试图利用酰胺类β成核剂调控PPR的结晶形态和β晶体含量,分析结晶形态对PPR力学性能的影响.
1 实验部分
1.1 实验原料
无规共聚聚丙烯（PPR）,牌号 R200P,韩国晓星公司生产.β成核剂（TMB-5）,山西化工研究院精细化工研究所提供.
1.2 样品制备
首先,利用TSSJ-25型同向双螺杆挤出机制备5wt%β成核剂母粒（TMB-5：PPR质量比为5：95）,然后,将PPR和不同含量的母粒预混后挤出造粒,得到β成核剂含量分别为0.025wt%、0.05wt%、0.1wt%、0.2wt%、0.4wt%的粒料.粒料在230℃温度下采用5Mpa压力模压8分钟后迅速移至另一冷模压机上10Mpa压力下冷至室温成型.纯PPR采用同样的方法成型.对应样品标记为PPR,0.025g,0.05g,0.1g,0.2g,0.4g.
1.3 测试和表征
1.3.1 力学性能测试
按照ASTM D256-2010标准,深2mm的45°V型缺口冲击样条,在0℃和23℃恒温24小时后利用XJU-2.75型悬臂梁冲击试验机进行冲击测试,遵照ASTM D638-2014标准,利用AGS-J型电子精密万能试验机进行拉伸性能测试,速度为50mm/min.所有测试样品冲击样条不少于7根,拉伸样条不少于5根,最后取其平均值作为样品性能测评结果.
1.3.2 差式扫描量热仪表征（DSC）
采用TA Q2000差示扫描量热仪研究样品的结晶和熔融行为.准确称取5mg样品,首先,以100℃/min的升温速率快速升温至230℃,恒温5min消除热历史,然后以10℃/min的降温速率降至40℃,保持5min,最后再以10℃/min的升温速率升至210℃.记录放热和第二次的吸热曲线.
1.3.3 广角X射线衍射测试（WAXD）
通过Philips X’Pert pro MPD X射线检测仪获取衍射图谱.扫描范围2θ为5～40°,扫描速率为3°/min,电压40kV.
1.3.4 偏光显微镜观察（PLM）
将约2mg取至模压样条的样品于两盖玻片之间,200℃熔融压制成10μm厚的薄膜自然冷却至室温,将热台（Linkam THM600）移至偏光显微镜下以100℃/min快速升温至230℃,恒温5min消除热历史,以5℃/min冷却至室温,利用Leica DMIP偏光显微镜观察各样品的晶体形貌.
2 结果和讨论
2.1 成核剂含量对力学性能的影响
图1展示了不同β成核剂含量样品在0℃和23℃的抗冲击韧性及23℃的拉伸性能.从图中可以发现,无论是0℃还是23℃,β成核剂的加入对PPR冲击韧性存在三种影响趋势,当成核剂含量小于0.05wt%时,冲击韧性呈上升趋势,成核剂含量在0.05～0.2wt%之间时,冲击强度随着β成核剂含量的增加急剧下降,而当成核剂含量大于0.2wt%时,冲击强度基本保持不变.表明β成核剂含量为0.05wt%是影响PPR冲击韧性的临界值,在该含量下,β成核PPR（βPPR）在0℃的冲击强度为6.1kJ/m2,比纯PPR提高了1.6kJ/m2,不同的是,在23℃环境的冲击强度得到了显著提高,纯PPR只有22.1kJ/m2,βPPR达到40.4kJ/m2,是纯PPR冲击强度的2倍.随着β成核剂含量的增加,拉伸强度呈先减小后增大的趋势,拉伸强度最小值23.3MPa出现在β成核剂含量为0.05wt%,纯PPR的拉伸强度为25.5MPa,β成核剂高于0.05wt%时,随着成核剂含量的增加而增大,当成核剂含量为0.4wt%时,拉伸强度和纯PPR的拉伸强度基本保持一致.为了阐明这一现象,将进一步对不同β成核剂含量的样品进行结晶结构和结晶形态的探讨.
2.2 β成核剂含量和结晶结构的关系
半结晶性聚合物的力学性能取决于结晶结构.图2是不同β成核剂样品的WAXD图谱,对应β晶体含量（Kβ值）通过Huo等公式计算,
Aβ（300）为β晶面（300）的积分强度,Aα（110）, Aα（040）和Aα（130）分别为α晶面（110）、（040）、（130）的积分强度.从图中可见（300）晶面的β峰强度随着β成核剂含量的增加呈现先增加后减小的趋势,对应的β晶体含量（Kβ值）也出现相同的变化趋势,当β成核剂含量为0.05wt%时,（300）晶面的衍射峰最强,Kβ值达到36.0%,进一步增加β成核剂时,β晶体急剧减少,添加量为0.4wt%时,β晶体减少至11.2%.从成核剂浓度和β晶体含量之间的关系,表明在该体系中成核剂浓度为0.05wt%是优化β晶体含量的临界值,继续增加成核剂的用量并不会增加基体中的β晶体含量.
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参考文献：
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