《武汉工程大学学报》 2012年10期
54-57
出版日期：2012-11-06
ISSN:1674-2869
CN:42-1779/TQ
超支化聚酯与聚丙烯共混物的结晶及力学性能
0引言超支化聚酯(HBP) 是具有独特三维结构的高度支化大分子,它不但易于制备 ,还有不同于线性聚合物的独特性质,可作为热塑性树脂的新型加工助剂、流变学改性剂和增容剂等,具有极大的工业化应用前景\[1\].用超支化聚酯改善聚合物的性能是近年来的研究热点之一，蒋玉梅\[2\]等采用超支化聚酯与聚硅酸溶胶共混改性环氧树脂的力学性能；王国建\[3\]等研究了BOLTORNTM型超支化聚酯对硬质聚氯乙烯(PVC)力学及流变性能的影响.本研究利用拟二代超支化聚酯（HBP）与聚丙烯共混，研究其共混体系的结晶行为与力学性能.1实验部分1.1主要原料和仪器AB2型超支化聚酯(Mn=13 400 g/mol),自制\[4\]；聚丙烯(粉料, PPHXD425),工业级, 中国石油化工股份有限公司武汉分公司； 差热扫描量热仪(DSC):Perkin Elmer Diamond DSC；密炼机:SU70C型，常州苏研科技有限公司（中国）生产；塑料注射成型机:TY200型，东莞大禹机械有限公司生产；简支梁冲击试验机：XJJⅡ型，河北承德市试验机厂生产；电子万能试验机：CMT6104型，深圳新三思材料检测有限公司生产；扫描电子显微镜：JSM-5510LV型，日本生产.1.2性能测试a. DSC分析：称取试样量约 5～10 mg，在氮气氛围下，试样从室温以20 ℃／min升温到210 ℃， 恒温3 min，消除热历史.以20 ℃／min降温速率降温至40 ℃，再以同样速率升温至210 ℃，记录该过程的热焓变化曲线.b. 力学性能：冲击强度按照GB/T 1834-1996测试，拉伸强度按GB 1040-1992测试.c. SEM分析：试样经液氮淬断，用扫描电镜观察断面形貌.1.3HBP/PP共混物的制备将不同比例的HBP与PP于密炼机中熔融共混，所得共混物经冷却、粉碎后在塑料注射成型机中注塑成型.样品分别标记为PP、PP/(1%)HBP、PP/(2%)HBP、PP/(5%)HBP、PP/(10%)HBP.2结果与讨论2.1HBP对PP结晶行为的影响图1PP与HBP/PP共混物的DSC曲线图
Fig.1Differential scanning calorimetric curve of
the HBP/PP blend从图1 PP与HBP/PP共混物的DSC曲线图可见，加入HBP后PP的结晶峰右移，这是由于HBP在PP熔融冷却过程中起到异相结晶作用\[5\].与PP相比，共混物的结晶峰变得尖而窄，表明加入HBP后PP的结晶速率提高.通过差热扫描量热法(DSC)可快速计算出样品的结晶度Xc可表示为：Xc=△Hc/△H0
式中，△Hc与△H0分别是样品的熔融热和完全结晶PP的熔融热，△H0取值为209 J/g\[6\].由表1 可见，加入HBP后PP的Xc增大，这是由于HBP在PP中起到异相结晶作用，使PP的结晶温度升高.在较高的结晶温度之下，PP分子链段活动能力更强，形成的晶体比较完善，所以PP的结晶度增大.第10期樊庆春，等：超支化聚酯与聚丙烯共混物的结晶及力学性能
武汉工程大学学报第34卷
表1不同质量分数HBP对PP 的Xc的影响
Table 1Effect of HBP contain on crystallinity of PP
样品PPPP/1%
HBPPP/2%
HBPPP/5%
HBPPP/10%
HBPXc24.2425.0526.7629.0732.152.2HBP对PP力学性能的影响PP力学性能的变化可反映HBP对PP微观结晶性能的影响.HBP的添加量对PP拉伸性能的影响如图2所示.随着HBP填充量的增加，PP的拉伸强度先增大，当HBP填充量为2%时，其拉伸强度达到最大为36.20 MPa，与PP相比提高了7.10%.这是由于HBP相对于PP属于小分子，它的加入起到了增塑剂的作用，使得PP分子塑性增加，链取向度提高，拉伸强度增大.随着HBP含量的继续增大，拉伸强度下降.这是因为HBP超过一定量时，会增大聚合物间的间隙，在拉伸过程中容易形成空穴（见图4），降低了拉伸强度.图2超支化聚酯加入量对PP拉伸强度的影响
Fig.2Effect of HBP contain on tensile strength of PP图3超支化聚酯加入量对PP冲击强度的影响
Fig.3Effect of HBP contain on impact strength of PP超支化聚酯添加量对PP冲击性能的影响如图3所示.随着超支化聚酯添加量的增加，PP的冲击强度不断增大，加入量为10%时，冲击强度为5.80 kJ/m2，比PP的冲击强度提高了12.60%.PP/HBP共混物的高断裂韧性主要归功于界面附近聚合物基体的空化(见图4c,d).在冲击过程中，超支化聚酯成为应力集中点，引起其与PP聚合物之间的界面脱粘，形成空洞，吸收更多的冲击能量，所以PP/HBP共混物的冲击强度提高.2.3扫描电镜分析利用SEM可观察共混物的断面形貌.由图可知HBP以分散相的形式存在于PP中，在图4(c)，(d)可看到明显的空穴现象，混合材料的冲击强度有所提高，说明超支化聚酯起到了增韧PP的作用.图4聚丙烯/超支化聚酯的断面形貌
Fig.4Fracture surface of PP/HBP
注： （a）PP/1%HBP；（b）PP/2%HBP；（c）PP/5%HBP；（d）PP/10%HBP.3结语a. 超支化聚酯在聚丙烯中起到异相成核的作用，超支化聚酯的加入提高聚丙烯的结晶速率，并且结晶度随着超支化聚酯含量的增加而增大.b. 低含量超支化聚酯的加入使聚丙烯的拉伸强度稍有增加，当超支化聚酯加入量为2%时，共混物的拉伸强度达到最大，与PP相比提高了7.10%.聚丙烯的冲击强度随超支化聚酯加入量的增加而增大，当超支化聚酯加入量为10%时，共混物的冲击强度达到最大，与PP相比提高了12.60%.