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在聚丙烯(PP)中加入少量的添加剂是PP性能优化的一种简单而有效的方法。尤其是成核剂的加入,可使PP的结晶加快,晶粒结构细微化。本论文选取多种单组分添加剂(α成核剂NAS-20、β成核剂WBG和WOT、纳米橡胶粉末、超高分子量聚乙烯(UHMWPE)、聚酰胺、三氧化铝(Al2O3)和二氧化硅(SiO2))与不同牌号的PP以不同的配比在密炼机中进行共混,探讨添加剂对PP加工性能、结晶性能、力学性能、光学性能以及表面形态的影响,以期对生产配方和工艺提出理论和实践的指导。综合运用差示扫描量热法(DSC)、广角X射线衍射(WAXD)、偏光显微镜(POM)和原子力显微镜(AFM)表征手段,研究了不同结构的添加剂对PP的结晶行为及球晶形貌的影响。采用哈克流变仪、电子拉力机和紫外可见分光光度计分别对PP的流变性能、力学性能以及光学性能进行了考察。
研究了各种添加剂对PP加工性能的影响。加入一定量的α、β成核剂(NAS-20、WBG、WOT),能有效改善PP的流动性能;而其他几种添加剂对PP的加工性能影响不大。
研究了几种添加剂对PP结晶性能的影响。采用DSC、WAXD表征手段对PP的结晶性能进行了考察,结果表明普通的添加剂(纳米橡胶粉末、聚酰胺钠、SiO2和Al2O3)对PPα晶型没有很大的影响,仍然存在五个典型的晶面;其结晶温度和熔融温度也有所提高,但提高的幅度不大;加入β成核剂WBG后出现了β晶型特征的衍射峰,DSC谱图表明PP除了在163.1℃附近出现代表α晶型的熔融吸收峰外,还在148℃附近出现代表β晶型的吸收峰;PP/UHMWPE体系的WAXD和DSC谱图出现了代表UHMWPE特有的结晶衍射峰;PP/SiO2体系中SiO2异相成核的作用,使得结晶在较高的温度下进行,在较高的温度就有大量晶核,结晶速率增加。
偏光显微镜等温结晶形态研究表明:普通的添加剂(纳米橡胶粉末、聚酰胺钠、Al2O3)对PP的球晶大小改变不明显,只是有减小的趋势。加入一定量的UHMWPE之后,球晶尺寸整体有减小的趋势;在PP/SiO2体系中,纳米SiO2的成核作用使PP的球晶尺寸逐渐减小;加入α成核剂NAS-20后,PP球晶排列比较规整细密,球晶的尺寸随含量的增加而减小且细致均匀;加入β成核剂WBG后,球晶尺寸大幅度减小,得到的是细密均匀的小球晶。
力学性能研究表明少量添加剂的加入对PP的拉伸强度和断裂伸长率的影响都不大。光学性能研究表明几种添加剂对PP的光透过率的影响不大。