PP与AS共混开题报告,

论文(设计)名称 论文来源 科研项目 PP/AS改性复合材料制备与性能 论文类型 应用研究 指导教师 罗 筑 高分子材料与学生姓名 娄金分 学 号 070802110182 班 级 工程071 一、研究或设计的目的和意义： PP宽广的性能范围使之可以应用到不同的市场，如汽车内外部件、包装、家庭用品、纤维、管材、医用器材等方面。聚丙烯均聚物的主要缺点是冲击性能不好，特别是低温条件下容易脆断。PP改性主要是提高PP刚性。而共混体系的相容性是需要解决的主要问题。 目前，有关PP改性复合物的共混研究已有很多文献，有PP/ABS体系，PP/SBS体系等，对PP与AS共混体系的研究较少，从其他的非极性聚合物和极性物共混的研究来看，PP与AS的共混要解决的问题也是相容性问题，通过化学改性或加相容剂，改善聚丙烯的冲击强度。从而完成PP的增强，这个问题的解决将对PP在很多高科技领域的应用有非常大的意义，使PP的应用范围拓展到高性能材料、多功能材料和智能材料等领域。 本课题通过AS改性PP，探讨PP接枝物，PS与马来酸酐共聚物（SMA），EP加入量对共混物力学性能的影响。 二、研究或设计的国内外现状和发展趋势： 聚丙烯（PP）是一种应用十分广泛的塑料，聚丙烯有来源丰富，合成工艺简单，密度小，价格低，加工成型容易等优点，可以应用到不同的市场，如今像纤维增强PP已经开始占领以前工程塑料的应用市场，如汽车保险杠9O％已经采用PP材料。2003年～2007年，全球PP消费的年均增长率为5％，2007年消费量达到4500万t[1]。 聚丙烯均聚物的主要缺点是冲击性能不好，特别是低温条件下容易脆断，了其在受力构件方面的应用，因此有必要对PP进行改性，使其赋予优良的性能组合，以满足高分子材料高性能化、多功能化和智能化的发展趋势。 传统聚丙烯改性的方法是加入橡胶增韧 ,并在工业上成功应用 ,但橡胶增韧常常伴随着刚度、模量和热性能的降低 ,因此探索增强增韧聚丙烯的途径,制造聚丙烯工程塑料一直是聚丙烯改性的目标。由于其结晶度，非极性，和其他材料的相容性差，抗冲击强度低。因此，如何提高PP的极性就成为目前研究的重要课题。通过接枝引入极性基团是改性常用方法，支链1

上的极性基团可以与填料产生一定的键合作用，从而提高相容性。 AS中含有质量分数20%-30%的丙烯腈单体，其余为苯乙烯单体与之共聚,是一种坚硬、透明的材料。AS具有很强的承载的能力、抗化学反应能力、抗热变形特性和几何稳定性。PP是丙烯的均聚物，由于其分子结构没有极性，而AS中含大量极性基团，所以聚丙烯与AS难相容。加入相容剂或对聚丙烯接枝改性，使共混两相界面强度提高，从而改善冲击性能。所以PP和AS共混改性关键就在与提高二者的相容性，常用方法是制备聚丙烯接枝物作为相容剂，改善PP和AS的界面结合，使接枝在聚丙烯主链上的极性基团与AS相容，聚丙烯主链与PP相相容，形成一定厚度的界面层，从而得到较高冲击性能的PP复合材料，改善PP的刚性。 以下是聚丙烯改性的相关研究和应用进展： 1 张雪峰、叶福明利用力学测试方法研究了甲基丙烯酸环氧丙酯(GMA)以固相表面和熔融接枝两种方法制备的共聚物PP-g-GMA对聚丙烯/尼龙1010共混物力学性能的影响。结果表明,向共混体系中加入固相表面接枝共聚物后,共混物的屈服强度比未加前有明显提高, 但断裂伸长率却明显下降。向共混体系中加入熔融接枝共聚物后,体系的屈服强度有较大提高,并有明显的正协同效应, 断裂伸长率也有所提高。这说明不同的接枝方法对PP改性性能的影响是有区别的。 2 秦梅、金秋云等采用PP接枝马来酸酐为相容剂改善PA和PP的相容性，得到了性能优良的PA/PP合金，加入EPDM或NBR增韧，合金体系的力学性能可以得到进一步的提高。除了采用接枝PP外，还可以另外加入辅助相容剂或其他方法补充改善。 3江学良、张隐西[4]研究了马来酸酐接枝聚丙烯增容的动态固化聚丙烯、环氧树脂共混物中PP的等温结晶动力学，结果发现在共混物中环氧树脂颗粒作为聚丙烯结晶的成核剂，能显著促进结晶，能使共混物表面自由能下降，从而可以增加界面结合，提高强度。 4 王红英，郑刚等通过原子转移自由基反应合成了聚丙烯接枝聚苯乙烯, 研究了PP-g-PS对PP／PS共混物相形态的影响。采用扫描电子显微镜、偏光显微镜观察了共混物的断面形貌和等温结晶形态。结果表明：加入PP-g-PS对PP／PS共混物起到了良好的增容作用 ，表现在两相界面模糊，分散相尺寸减小。当PP-g-PS中x(PS)为5.10%左右时，即可起到增容改善相界面的作用。相容性的提高改善了PP／PS共混物的发泡性能。 5 曾兆华等[6]研究了高抗冲聚丙烯喷灌管材的研制，用SBS和纳米碳酸钙对无规共聚聚丙烯进行改性, 结果表明,SBS使PP的冲击强度明显提高,但拉伸强度等有所降低,将表面改性的纳米碳酸钙填充于PP/SBS共混体系中,可有效地提高共混体系的冲击强度、拉伸强度等力学性[5][3][2]2

能及其它性能, 可满足喷灌管在不同区城使用的要求。加工温度对共混体系的冲击强度有较大影响。 6 郑裕东,李吉波等[7]研制了马来酸酯接枝聚丙烯相容剂,并将其用于聚苯乙烯/聚丙烯的共混改性;通过力学性能测试、透射电镜分析、差示扫描量热分析等方法研究了相容剂对 PS/ PP 合金的混容形态和力学性能的影响。结果表明: 相容剂的加入, 使 PS/ PP由不相容的聚集的两相变为相畴很小的细分散相,共混高分子的链段运动也表现为趋于均相结构的运动方式。加入相容剂后共混材料的冲击强度有明显提高,拉伸强度也有所上升。相容剂的含量对性能也有较大影响,相容剂用量为8%时, 力学性能最好,从DSC测试中可以看到此时共混物趋向均相体系; 继续增大相容剂用量,合金的力学性能反而下降。 7 冯绍华，刘忠杰等利用Brabender 挤出机和密炼机分别制备了熔融接枝物PP－g－MAH ,研究了ABS/ PP、ABS/ PP－g－MAH、ABS/ PP/ PP－g－MAH 三种共混物的性能,且作了对比。实验结果表明:PP－g－MAH 的加入,能在一定程度上改善共混物的冲击性能、加工流动性能和耐热性能。 8 孔宪志，吕新颖等[9]采用单螺杆挤出机对ABS和PP进行了共混挤出，研究了极性化SBS 的加入对其共混性能的影响。试验结果表明，随着极性化SBS 含量的增加，共混物的拉伸强度降低，断裂伸长率和抗冲强度增加。动态力学性能分析表明，随着极性化SBS含量的增加，共混物的储存模量和玻璃化转变温度降低。TEM分析表明，极性化SBS 可以很好地改善ABS和PP的相容性，随着极性化SBS 含量的增加，PP 越来越均匀地分散在ABS 相中，两相之间的界面也越来越模糊。 以上的一系列研究和其他相关研究得出，PP接枝物对改善聚合物两相的界面有非常重要的作用，如马来酸酐接枝PP对聚丙烯和极性聚合物共混相容性有很大的作用，能作为相容剂增强共混体系界面结合，使PP的冲击性能得到提高。 总的来说，在共混复合材料制备与表征方面，还不能系统解决PP改性的相容问题，对性能增强增韧机理也缺乏有效的研究，因此，解决相容性、研究结构形态与性能关系等是研究的重点。 三、主要研究或设计内容，需要解决的关键问题和思路： 1、主要研究内容 （1）将PP、AS、PP-g-MAH、SMA、EP按不同比例混合造粒，用PP-g-MAH、SMA、EP三种相容剂改善PP和AS的相容性。 [8]3

（2）将共混物制备成标准样条进行力学性能测试，包括拉伸、冲击、弯曲， （3）研究PP-g-MAH、SMA、EP加入量以及加固化剂与否对PP共混物力学性能的影响。 2、需要解决的问题 需要解决的主要问题是PP/AS的相容性问题，即聚丙烯相和AS相的界面黏结性能，从而改善PP共混物的刚性。 3、思路 实验步骤 （1）配方 将PP、AS、PP-g-MAH、SMA、EP以不同比例均匀混合； （2）共混物熔融挤出造粒，烘干； （3）注塑标准样条； （4）分别测试各项力学性能，包括拉伸、冲击、弯曲，用SEM观察断口形貌，并用DSC观察共混物的Tg，分析共混物的相容性； （5）整理分析数据和图片，得出结论。 实验配方： 实验以PP和AS为基料，总重量为2.5kg，PP：AS为7:3。第一组只加PP-g-MAH和SMA, 两者比例也为7:3，PP-g-MAH占PP量的0%、2%、6%、8%、10%。 第二组PP-g-MAH和SMA的比例仍为7:3，但固定PP-g-MAH的量为PP总量的10%，加入不加固化剂的环氧树脂，分别为基料2.5kg的0%、1%、2%、3%、4%，第三组的配比与第二组一样，但分别加入了环氧树脂重量4%的固化剂。 第一组：（单位：克） 配 序 号 方 PP AS PP-g-MAH SMA 1 2 3 4 5 1750 1750 1750 1750 1750 750 750 750 750 750 0 35 105 140 175 0 15 45 60 75 4

第二组：（单位：克） 配 序号 1 2 3 4 5 第三组：（单位：克） 配序方 号 1 2 3 4 5 工艺路线： PP、AS共混物→ 挤出→ 烘干→ 造粒 → 烘干 → 注塑标准样条 → 恒温24小时→力学性能测试 → 断口观察→热分析 。 4、预期结果 解决PP、AS的相容性问题，一定的相容剂量能使材料有比纯PP材料较高刚性，又显著改善冲击性能。相容性的提高，将会影响PP/AS复合材料的综合力学性能，使聚丙烯材料的强度提高，断裂方式将会脆性断裂变为韧性断裂。 四、完成毕业论文（设计）所必须具备的工作条件及解决的办法： 1、本课题所具备的主要设备： TSE-35A型 同向双螺杆挤出机 南京瑞亚高聚物设备有限公司 SHR-10A型 高速混合机 江苏自然机械有限公司 5

PP 方 AS PP-g-MAH SMA EP 1750 1750 1750 1750 1750 750 750 750 750 750 175 175 175 175 175 75 75 75 75 75 0 25 50 75 100 PP AS PP-g-MAH SMA EP 固化剂 1750 1750 1750 1750 1750 750 750 750 750 750 175 175 175 175 175 75 75 75 75 75 0 25 50 75 100 0 1 2 3 4 101-3型 电热鼓风干燥箱 泰斯特仪器有限公司 CJ80m3V 注塑机 海天塑料机械有限公司 液晶式摆锤冲击实验机 深圳市新三思计量技术有限公司 微机控制电子万能实验机 上海华龙测试仪器公司 扫描电镜 中科仪产品 2、实验原料： PP：T30S，中国石油天然气股份有限公司兰州石化分公司； PP-g-MAH: CM9018；上海日之升新技术发展有限公司； SMA: EP：E51, 上海树脂厂 固化剂:2E4MZ： 五、工作的主要阶段、进度与时间安排： 第一阶段2010年3月17—2010年5月10日 根据课题实验配方，用双螺杆挤出机混炼制备改性材料、注塑样条、性能测试、微观分析。 第二阶段2010年5月11—2010年6月11日 整理、分析数据、补充实验和分析、撰写论文。 第三阶段2010年6月12日—2010年6月20日 进一步修改论文、预答辩 第四阶段2010年6月底答辩。 六、阅读的主要参考文献及资料名称： [1] 《塑料工业》编辑部.2008－2009年世界塑料工业进展.2009，38（3）：1－35. [2] 张雪峰，叶福明.相容剂PP-g-GMA的制备对PP/PA1010共混物力学性能的影响[J].大庆高等专科学校学报，1999，19(4):33－40. [3] 秦梅，金秋云等.塑料合金的研制[J].哈尔滨科学技术大学学报,1996,20(1):103－105. [4] 江学良，张隐西.动态固化PP/MAH-g-PP/EP共混物的等温结晶动力学[J]. 高分子 材料科学与工程，2009，25(9):57－60. [5] 王红英，郑刚等. PP接枝聚合物对 PP／PS共混物相形态的影响[J].合成树脂及塑料，2009,26（3）：5-7. [6] 曾兆华，殷根海等.高抗冲聚丙烯管材的研制[J].工程塑料应用，2001，29(7)：28－30. [7] 郑裕东,李吉波等. 相容剂对PS/ PP 共混合金混容形态和性能的影响[J].塑料工业，1997,4：82-84. [8] 冯绍华，刘忠杰等.ABS/PP合金材料的研制[J].塑料科技，2003，6(3):12－15. [9] 孔宪志，吕新颖等.极性化SBS对ABS/PP共混性能的影响[J]. 化学与黏合,2010，32(3):28－30. 6

指导师意见和建议： 指导教师（签字）： 年 月 日 说明：1、论文（设计）类型：A—理论研究；B—应用研究；C—设计等；

2、论文（设计）来源：指来源于科研项目、生产/社会实际、教师选题或其他（学生自拟）等；

3、各项栏目空格不够，可自行扩大。

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