聚丙烯增强、增韧改性研究

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[摘 要]聚丙烯是五大类通用塑料之一，由于其原料来源丰富、价格便宜、易于加工成型、产品综合性能优良，因此用途非常广泛，已成为通用树脂中发展最快的品种，但相较于传统塑料，聚丙烯的强度和韧性还是有待提高的。我国聚丙烯工业起步较晚，技术相对落后，关于改性聚丙烯方面的研究还有不足。为了加速我国聚丙烯工业的发展，引起广大学者和企业家对改性聚丙烯的重视。本文针对聚丙烯增强、增韧改性研究现状进行分析，探讨聚丙烯的复合增强增韧改性技术。

[关键词]聚丙烯；增强增韧；改性研究

中图分类号：TQ325.14 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）09-0016-01

前言

随着工农业的快速发展，国民经济各行业对材料的需求大大加快，这不仅表现在需求量上，同时也表现在对性能的需求上，即随着各种产品品质的提高，其对所用材料的性能要求也随之提高。在五大通用塑料中，产量仅次于聚乙烯和聚氯乙烯，国内消费量仅次于聚乙烯列第二位。尽管我国聚丙烯的产量快速增长，但仍然不能满足国内市场的需求，这主要是由于其低温易脆等性能方面存在缺点，从而限制了聚丙烯的进一步应用。为了改进聚丙烯的性能，延长其使用寿命并扩大应用范围，需对聚丙烯进行增强增韧改性。

1 聚丙烯增强、增韧改性研究现状

1.1 聚丙烯性能的特点

聚丙烯（PP）是一种结构规整的结晶性聚合物，为白色粒料、无味、无毒、质轻的热塑性树脂，它的物理机械性能主要取决于分子链的立体等规结构和晶型。它的力学性能较为优异，并有突出的耐应力开裂性和刚性。它的耐热性较好，熔点高达164℃，软化点高于低压聚乙烯和ABS，可在100～120℃下长期使用。聚丙烯几乎无毒，因此在汽车工业、家用电器、电子、包装、建材及家具等方面具有广泛的应用。尽管聚丙烯有众多优点，但是，聚丙烯的性能也存在一定缺陷。最大的缺点是耐寒性差，低温易脆断，强度不够；其次是收缩率大，抗蠕变性差，制品尺寸稳定，容易产生翘曲变形，韧性不够。这些性能缺陷限制了聚丙烯的进一步应用。

1.2 聚丙烯增强、增韧的改性方法

聚丙烯的改性方法多种多样，总体上可划分为化学改性和物理改性。化学改性主要是改变聚丙烯的分子链结构，从而改进材料性能。物理改性是通过改变聚丙烯材料的高次结构，以达到改善材料性能的目的。聚丙烯本身就是一种化学合成材料，也就易于通过化学的方法进行改性。嵌段和接枝的方法在聚合物改性中应用广泛。在接枝共聚物中，丙烯与乙烯等共聚得到的无规共聚物，其结晶度、刚性、熔点均低于均聚物，但透明性得到改进，韧性和冲击强度会明显提高。物理改性中是在聚丙烯基体中加入其他材料、填充剂，经过混合而制得具有优异性能的聚丙烯复合材料。

1.3 我国聚丙烯装备技术情况

我国聚丙烯的工业生产始于20世纪70年代，历经40多年的发展。我国在聚丙烯催化剂、生产工艺及产品的技术创新和开发方面都取得了显著的进步，但是与世界发达国家聚丙烯生产水平相比，差距仍然很大。我国的大型聚丙烯生产装置仍以引进技术为主。我国的聚丙烯产品中耐冲击共聚物产品和专用料等高档经过次产品生产量较少，且产品质量不稳定，所需产品依靠进口。我国聚丙烯生产装置数量多，单套装置生产能力小，装置规模过小，能耗、物耗普通高于国外先进水平，使得一些企业市场竞争能力较差，在生产成本和质量上难与国外产品相竞争。从客观环境上分析，生产装置的不完善使聚丙烯增强增韧改性技术不能得到很好的实践，阻碍其改性发展。

2 聚丙烯增强、增韧改性研究的发展途径

2.1 增强材料的种类与应用

用于制作增强复合材料的增强剂主要是纤维。纤维的品种很多，主要品种有玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维，此外还有尼龙、聚酯纤维以及硼纤维、晶须等。玻璃纤维增强塑料是已获得颇为广泛应用的纤维增强复合材料。玻璃纤维质硬而不透水，不会腐烂和发霉，耐热，耐化学腐蚀，有很高的拉伸强度和理想的弹性，优良的电性能，与基体聚丙烯的界面结合情况对符合材料的力学性能影响很大。碳纤维增强的复合材料是一种质轻、高强的新型复合材料，还具有耐高温、导电等特性，可用于聚丙烯等热塑性塑料。芳香族聚酰胺纤维，简称芳纶纤维，是一种高强度、高模量且质轻的新型合成纤维。其强度为钢丝的5倍，相对密度仅为1.43-1.45，且具有良好的耐热性。目前，芳纶纤维增强复合材料应用于聚丙烯改性技术已相对成熟，推广有优势。晶须是以单丝形式存在的小单晶体。晶须具有很高的强度和模量，与其他增强纤维材料相比，晶须具有更微细的尺寸和较大的长径比。因此，将晶须添加到聚合物中，不仅很少增加熔体黏度，而且还可以使加工流动性得到改善。而且晶须不仅对聚丙烯有增强的作用，还有增韧的作用。总而言之，增强材料的种类很多，关于聚丙烯的增强改性研究要考虑更多可能性。

2.2 增韧材料的种类与应用

橡胶增韧是最常用的增韧方式。POE有优异的韧性和良好的加工性，分子量分布窄，没有不饱和键，耐候性优于其他弹性体。由于POE具有较小的内聚能，较高的剪切敏感性，加工时与聚丙烯的相容性好，其表观切变黏度对温度的依赖性与PP接近，用它增韧PP容易得到更小的分散相粒径和更窄的粒径分布，因而对PP的增韧效果明显。同时，天然植物纤维在我国有着绝对的优势。剑麻是一种广泛种植的多年生麻类经济作物，全球每年的产量高达450万吨，剑麻纤维具有密度小、比强度和比模量高、廉价等优点，因此剑麻纤维适合用作树脂基的增韧材料。适于制备成本低，比模量高和耐冲舻南宋树脂基复合材料。有人以PP膜作为基体材料，苎麻布作为增强体，选取五层平纹布和聚丙烯膜进行层合热压，制备苎麻增强PP的热塑性复合材料薄板，经过碱处理的苎麻织物，其层压材料的拉伸性能得到明显的改善，拉伸强度比未处理前的层压材料增加了48.4%。

2.3 完善聚丙烯装备技术

为了促进我国的聚丙烯行业的发展，为聚丙烯增强增韧改性提供健康的可持续发展条件，应从提高生产行业的规模效益、加大催化剂研发、改善产品结构几方面进行研究改进。建设新的大规模聚丙烯生产装置，对现有聚丙烯装置进行扩能改造。这既有利于提高产量，满足市场需求，同时又有利于提高企业的经济效益和市场竞争力，促使企业再生产。改性技术研究中，催化剂的发展是推动聚丙烯生产技术发展的主要动力，学习世界聚丙烯催化剂技术和应用技术，提高国产催化剂的质量和稳定性，使聚丙烯改性研究有质量保证。且根据我国聚丙烯的产品结构现状，企业可与高校科研机构合作，是我国的聚丙烯增强增韧改性技术从理论变为现实。以上的种种措施会从主观或客观等方面促进聚丙烯的增强增韧改性，为其发展带来良好的环境。

3 结语

近年来我国聚丙烯工业等到了蓬勃发展，已具有了较好的工业基础，具备了一定的市场竞争力。但与发达国家相比不论是在品种、数量还是质量等方面仍存在很大差距。基于我国目前的实际情况，要对聚丙烯的增强增韧研究不断深入，是其性能不断完善，生产品种结构也进行调整，向着提高档次，向多样化、系列化、专用化和高性能化的方向发展。

参考文献

[1] 王磊，刘存鹏，熊祖菁.剑麻纤维增强珊瑚混凝土力学性能试验研究[J].河南理工大学学报（自然科学版），2014，33（6）：826-830.

[2] 王国全，王秀芬.聚合物改性[M].第一版.北京：中国轻工业出版社，2007.