聚丙烯/弹性体/石墨三元复合体系性能探究

[摘 要]塑料制品的产生和应用，为人们的日常生活提供了巨大的便利，而随着人们对于塑料材料的应用不断加强，单一的材料已经逐渐无法满足实际应用的需求，因此，复合材料得到了飞速发展。在众多的塑料树脂中，聚丙烯树脂凭借自身优良的性能以及良好的产量，受到了社会各界的青睐，是目前塑料加工工业的主要原料之一。为了提高聚丙烯材料的性能，一般会对其进行改性研究。本文主要针对聚丙烯/弹性体/石墨三元复合体系的性能进行了研究和探讨。

[关键词]聚丙烯；弹性体；石墨；三元复合体系；性能

中图分类号：TU201.5 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）20-0067-01

前言

聚丙烯树脂材料自身就有良好的综合性能，用途广泛，相比于其他热塑性塑料，聚丙烯的比重仅为而且聚丙烯无毒、可耐高温，在家具、医疗器械中被广泛应用。但是，聚丙烯材料自身还存在一定的缺点，如耐寒性差、耐气候性差以及易燃等，在很大程度上限制了其应用，因此，需要对聚丙烯树脂进行改性研究。

一.聚丙烯与复合材料

聚丙烯是一种由丙烯单体聚合而成的呈白色粉末状的半结晶热塑性材料，具有较高的耐冲击性，机械性质强韧，抗多种有机溶剂和酸碱腐蚀。在工业界有广泛的应用，是平常常见的高分子材料之一。聚丙烯的用途是十分广泛的，主要包括各种长、短丙纶纤维的生产，聚丙烯编织袋、打包袋、注塑制品等的生产，以及电器、电讯、灯饰、照明设备及电视机的阻燃零部件的制作等。凭借自身优良的性能和低廉的价格，聚丙烯逐渐取代了部分金属材料，在人们的日常生活中得到了广泛的普及和应用。相对而言，虽然聚丙烯材料的力学性能十分优异，在弯曲模量、热变形温度、邵氏硬度具有良好的性能，并且耐环境应力开裂性和耐磨性更是极为突出，但是受其自身分子结构的影响，聚丙烯的低温冲击强度较低，在低温环境下缺乏韧性，同时由于其为非极性聚合物，在抗静电性、染色行、粘结性等方面略有不足，而且易老化，严重制约了材料的进一步应用。因此，需要加强对于聚丙烯材料的改性研究，提升聚丙烯符合材料的综合性能。

这里的复合材料指聚合物材料，也称高分子材料，是指采用物理方法，将两种或者两种以上的现有材料进行结合，从而产生的一种多相体，这种多相体与原始材料存在不同的物理性质，但是同时保留着它们的一致性，而且通过对材料的设计，可以充分发挥各个组分的优势，使其性能相互补充且彼此关联，呈现出全新的更加优异的性能特点。对于聚丙烯材料的改性研究，就是针对聚丙烯复合材料进行的改进和创新，以提高材料各方面的性能，解决其中存在的不足，扩大其使用范围。

2 聚丙烯/弹性体/石墨三元复合体系性能研究

要对复合材料的性能进行分析和研究，需要结合相应的试验器材，对试件进行检测，通过对比分析的方法，才能切实得出复合材料各个方面的性能。这里针对聚丙烯/弹性体/石墨三元复合材料的性能进行探究。

2.1 原料与设备

①原料。试验中需要用到的原料主要包括：聚丙烯粉料、聚丙烯弹性体、石墨、偶联剂等，需要对材料的质量和性能进行全面检测，避免其对于试验结果的影响。

②设备。试验设备如下表所示：

2.2 性能检测

对于复合材料性能的测试，主要是通过试样进行，测试项目如下：

拉伸性能：结合GB/T 1040.2-2006的相关标准，试验速度控制在50mm/min；

弯曲性能：结合GB/T 9341-2008的相关标准，试验速度控制在2mm/min；

冲击强度：结合GB/T 1043-2008的要求，试样尺寸为80mm×4mm×10mm；

2.3 试验内容

①试样制备

首先，要使用电子秤或天平对原料的重点进行准确称量，然后按照一定比例，将原料放入高速混合机中，在常温常压下进行物理共混。为了确保混合的均匀性，先保持低转速混合2min，然后高速混合2min。当混合完成后，打开混合机的底阀进行放料。

其次，采用双螺杆挤出机，对共混后的物料进行熔融共混造粒，同时进行抽真空和水循环冷却，使用吹干风机对牵引出的样条进行干燥后，切粒机造粒。在造粒过程中，要保持双螺杆挤出机的主机转数与喂料量相互匹配，确保颗粒的均匀，同时要时刻关注主机电流和熔体压力的变化情况。

然后，将颗粒状的共混物放入注射机中进行热成型。需要对注射机各区的温度进行合理设定，其各项基本参数如下：

射嘴温度， 220℃±10℃；

一区温度， 220℃±10℃；

二区温度， 210℃±10℃；

三区温度， 210℃±10℃；

四区温度， 10℃±5℃；

熔融速度， 30cm3/s；

压力：30MPa-40MPa；

冷却时间：10s；

注射量：0g≤W≤171g。

②弹性体和石墨的选择

弹性体可以选择POE、EPDM、EVA等，而石墨则选用胶体石墨、鳞片石墨或者膨胀石墨等。需要注意的是，为了方便进行对比分析，需要制备出不同弹性体和石墨含量的聚丙烯复合材料。

2.4 成果分析

通过相应的仪器设备，对试样各个方面的性能进行检测，这里主要针对石墨和弹性体对于三元复合材料力学性能的影响进行分析。

①石墨的影响

石墨对于复合材料的影响主要表现在其种类以及添加量方面，石墨种类对于复合材料力学性能的影响如下：

而通过对比，石墨的含量越高，复合材料的强度和刚性越高，但是其抗冲击强度会下降。当石墨含量为15%时，复合材料的拉伸强度和刚性基本不变，但是冲击强度下降了1.7倍，因此，石墨的添加量应该控制在15% 以内。

②弹性体的影响

结合试验中采集的数据，通过对比发现，当弹性体的含量在0-11%时，复合材料的冲击强度和断裂伸长率会随着其含量的增加明显提高，在5%-7%之间其抗冲击性能会出现一个平台。于此同时，随着弹性体含量的增加，复合材料的拉伸强度和刚性会不断下降，这种趋势在弹性体含量大于5%时十分明显。

因此，在对聚丙烯/弹性体/石墨三元复合材料进行配置时，弹性体的含量以5%为最佳，石墨的种类和含量则需要根据实际情况灵活设置。

3 结语

总而言之，为了提升聚丙烯材料的性能，拓展其应用范围，对其复合材料进行改性研究，合理设置原料的配合比，促进聚丙烯材料的有效利用，为人们的生活提供更加优质的产品，推动社会经济的稳定发展。

参考文献

[1] 王丽.多元复合聚丙烯体系性能探究[D].东北石油大学，2012.

[2] 周琦，王勇，邱桂学等.PP/POE/nano-三元复合体系性能的研究[J].塑胶工业，2010，（10）：33-35.