近年来,我国造纸工业随着国民经济的发展和市场需求的扩大发展较快。2005年我国纸及纸板人均年消费量为45 kg。但是,在造纸行业广泛使用的纸芯管产品类型相对单调,主要是纸质管。这种纸质管材会出现潮湿变形、刚性不足和强度急剧下降等缺陷。造纸用纸芯管材要求刚度大和热变形温度高等使用性能。为此,本文首先分析了两种不同催化剂聚合的聚丙烯结构及性能,然后对Z-N型等规聚丙烯进行物理与化学改性,并开发了聚丙烯工程管材。利用凝胶渗透色谱法分析了两种聚丙烯的分子量及其分布。利用核磁共振法、红外光谱法分析了两种聚丙烯的序列结构与组成。利用X射线衍射法、差热扫描量热法探讨了两种聚丙烯的结晶性、结晶类型及结构稳定性。利用万能试验机研究了两种材料的力学性能。在此基础上,使用两种不同分子量的聚丙烯、无机填料改善复合材料的强度与刚性,利用双马来酰亚胺和季戊四醇丙烯酸酯等化学交联反应途径提高聚丙烯刚性及其微观结构稳定性。通过万能试验机和摆锤式冲击仪研究材料的力学性能。利用冷场发射扫描电镜考察材料脆断面的形态。利用熔融指数测定仪研究材料熔体流动性。经过以上系列的试验研究主要得出以下结论:(1)两种不同催化剂制得等规聚丙烯的微观结构差异明显,由此造成物理力学性能不同。本次实验中发现,Z-N型等规聚丙烯分子量较大,分子量分布较窄,结晶度较低,同时存在α与β结晶,在一定温度与时间范围内,循环加热时更易生成β结晶,这种聚丙烯拉伸强度、弯曲强度与弯曲模量都较低,而本次选择的MAO催化剂型的等规聚丙烯,同时存在α与γ结晶,但γ晶含量很少,且循环加热时结构相对稳定,其它结构、物理力学性能正好Z-N等规聚丙烯相左。结合差示扫描量热方法与X射线衍射方法可以作为判断等规PP合成方法。(2)两种不同分子量聚丙烯共混时,可以改善聚丙烯的拉伸强度、弯曲强度与弯曲模量以及韧性。四种无机添加剂不同程度的改善了共混聚丙烯拉伸强度、弯曲强度与弯曲模量,其中,滑石粉增强、增韧作用最明显。马来酸酐接枝聚丙烯明显改善了滑石粉在聚丙烯中的粘结性与分散性,同时改善了聚丙烯的刚性与韧性。双马来酰亚胺使玻纤聚丙烯拉伸模量单调上升与冲击强度单调下降,同时使拉伸强度、弯曲强度与模量提高,但用量过大后,导致改性复合材料的力学性能变差。另外,双马来酰亚胺在挤出加工过程中反应不完全,这将对产品性能的稳定性不利。使用季戊四醇丙烯酸酯接枝改性时,可使改性聚合物的结晶温度升高、熔点降低,表明接枝改性增加聚丙烯的表观分子量,更明显的特征是抑制了β晶的形成,这将有利于提高PP的耐疲劳性。聚丙烯改性样品经真空热处理后,聚丙烯及改性聚丙烯力学性能得到显著提高,同时,改善双马来酰亚胺与纤维表面的粘结力,从而更有利于增强改性。基于上述六方面应用研究工作、确定了基于Z-N等规聚丙烯的生产配方,并获得内径约为152mm、拉伸强度为49Mpa和环刚度高达61kN/m2工程管材。查新报告显示:产品综合性能达到国内领先水平。本课题的特色和创新之处:(1)本课题初步提出判别Z-N型等规聚丙烯和茂金属等规聚丙烯的方法;(2)本课题结合聚丙烯共混、多官能度反应单体接枝和热处理等改性手段,同时提高了等规聚丙烯刚性和韧性以及性能稳定性。