抗冲共聚聚丙烯分散相调控及其结构-性能关系

发布时间：2017-11-17 21:19

  本文关键词：抗冲共聚聚丙烯分散相调控及其结构-性能关系

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【摘要】：作为新型高性能聚丙烯材料代表的抗冲共聚聚丙烯(IPC),因具有优异的冲击韧性和良好的综合性能,已成为国内外聚丙烯材料发展的主要品种之一。开发高性能、低成本的IPC以及各种特殊功能的专用料,已成为近年来引人关注的研究方向。然而,由于IPC体系的多组分和复杂相结构特征,对其“组成-结构-性能’失系、增韧机理等基本科学问题的认识仍有许多欠缺。研究IPC的“组成-结构-性能”关系,需要实现对其各组分含量比和链结构的调控,并对其相结构与性能进行控制和优化。然而,由于IPC是一种反应合金,通过合成方法很难实现单一因素的单调调控。相比之下,共混是一种简单、经济而有效的方法,可实现各组分含量比的精确控制。通过温度梯度抽提分级的方法,可将IPC分级为三种主要组分：丙烯均聚物(HPP),乙烯丙烯无规共聚物(EPR)和嵌段的乙烯丙烯共聚物(EbP)。采用共混方法调控多组分体系的组成,重新构建了具有IPC原始形态特征的相结构,并研究了组成对相形态、结晶、微结构、力学性能等的影响,进而建立IPC的组成-结构-性能关系。采用溶液混合及共沉淀方法制备了HPP/EPR/EbP共混物,保持EbP含量恒定(10 wt%)而改变HPP/EPR比例,共混物呈现了类似IPC中分散相钧多层核壳结构。在高EPR含量(30 wt%)时,共混物相形态才演化为双连续结构。共混物的结晶和熔融行为表明,熔点随共混物中EPR含量增多而升高,EPR达到临界组成时HPP熔点降低,这缘于与共混物相容性和相结构相关的初始成核能力的变化。晶体结构参数值与结晶行为的相关性研究表明,片晶厚度主要受初始成核行为影响,而晶粒尺寸则与二次成核参数相关。保持HPP/EPR/EbP共混物中HPP含量恒定(70 wt%),调节形成分散相的EPR/HbP组成,可实现核壳分散粒子数量和壳层厚度的调控。随EPR/EbP中EbP含量的减少,组分间的相容性变差而不利于细化分散相,体系中呈现更多的大尺寸且外壳层厚度较小的核壳结构分散粒子。结晶和熔融行为结果表明,界面处的HPP和EbP间可形成共晶,HPP的熔点随共混物中EPR含量增加而升高。共混物呈现出HPP和EPR玻璃化转变温度的同时降低,这一现象一定程度上反映了界面处链段间的相互作用和渗透状态,也间接地证实了核壳结构相形态的存在。将高密度聚乙烯(HDPE)加入到到IPC中,制备了具有高强高韧特征的IPC共混材料。随共混物中HDPE含量的增加,核相尺寸逐渐增大,且体系相形态由核壳结构分散粒子转变为双连续结构,表明HDPE组分进入了核壳分散粒子的核中。核尺寸的逐渐增大导致其不能被壳层完全包覆,原始核结构中所含的乙烯长链段EbP组分(EbP-E)被挤出到界面处,形成HPP基体和核间的桥状连接物。核中的EbP-E组分和HDPE分子链上的乙烯链段可形成PE共晶,增厚的PE片晶压缩了晶片间隙,导致间隙中的乙丙无规链段(EbP分子链上的无规序列)运动更加困难。这些相互作用均有助于增强分散相与基体的连接,有利于样品受力时应力的有效传递,同时能引发PE核相的剪切变形,耗散能量,提高IPC的强度和韧性。IPC中基体HPP的结晶相和无定形相状态也能影响最终性能。通过加入β成核剂和热处理,考察了其对IPC结晶和性能的影响。加入β成核剂后,HPP晶相中同时存在a-PP和β-PP两种晶型,且HPP无定形相中的链段运动加强。热处理后,随部分β-PP晶转化为a-PP,两种晶体的片晶厚度均随热处理温度升高而增大,无定形相中链段运动减弱。冲击性能测试结果表明,加入β成核剂可有效提高IPC的韧性,因为其诱发形成结构松散的β-PP晶体易于发生剪切变形而耗散大量能量。热处理后,冲击性能均显著降低,片晶的增厚和无定形相中可运动链段的减少,均不利于断裂能的耗散和传递。
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TQ325.14
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本文编号：1197424