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改性PP的物理改性方法及其进展
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【塑胶五金网】尽管PP存在着不少优点，但是在耐低温冲击方面、易老化方面、成型收缩率方面、易燃烧方面、染色方面等有着本质上的弱点，所以在作为结构材料和工程塑料材料上受到很大限制，为此必须对PP进行各种各样的改性，才能拓宽其应用范围，使改性PP从通用塑料跨入到工程塑料行列中去。
PP改性包括两大类:一类是化学改性，一类是物理改性。下面叙述一下物理改性。
物理改性
物理改性是在PP基体中加入其他的无机材料、有机材料、其他塑料品种、橡胶品种、热塑性弹性体，或一些是有特殊功能的添加助剂，经过混合、混炼而制得具有优异性能的PP复合材料。
物理改性大致分为:填充改性、增强改性、共混改性、功能性改性等。
物理改性工艺路线简单易行，一般不需要复杂或特殊的设备，利用塑料成型加工工厂原来设备即可。但在要求特殊性能的改性制品时，则需要添加专用设备，如作磁性塑料时，需要在挤出机机头添加强化磁场设备等。
下面分述一下几种物理改性方法及其进展。
1.填充改性
在PP树脂中加入一定量的无机填料、有机填料，来提高制品的某些性能，并能降低材料成本。
填充PP的无机填料常用:云母粉、碳酸钙、滑石粉、硅灰石、炭黑、石膏、赤泥、立德粉、硫酸钡等，常用的有机填料有:木粉、稻壳粉、花生壳粉等。
云母填充PP的性能与其配比、混合工艺、偶联剂种类、云母粒度等因素有关。一般云母的添加量为40%以下为好，云母的粒径在300目以上为好，钛酸酯偶联剂用量为云母的30%左右为好，硅烷偶联剂可适当少些，用丙烯酸表面处理剂时，用量可加大到5-10%，云母的种类对复合材料的热性能、力学性能关系不大，云母的长径比若不是太大、云母的粒径大小对材料的力学性能基本无大的影响，粒径小些，对常温冲击和低温冲击强度及热变形温度稍稍有些提高。云母的长径比越大，增强效果越好。
制备云母填充PP时，尽量不破坏云母的长径比，使云母均匀分散是其重要因素，为此，采用静态混合器、销钉型混炼螺杆、双螺杆挤出机等有助于提高填充效果。
硅灰石填充PP时，硅灰石的用量在30-40%为好，粒径采用300-325目为好，填充后对复合材料的拉伸强度有所降低，但对于常温和低温下的缺口冲击强度有所提高，如常温缺口冲击由原来的4.5上升到5.9千焦耳/平方米，低温缺口冲击由原来的1.8上升到2.2千焦耳/平方米，而对于无缺口冲击强度均是下降的。由此看来，硅灰石的填充有助于克服聚丙烯对缺口敏感性的弱点。
用硅烷偶联剂处理硅灰石，对提高复合材料的力学性能有益，对材料的成型加工性能也能改善。
其他滑石粉、赤泥、重质碳酸钙等填充PP时，粘度增加较大，但随着切变速率增加时，这种粘度增大现象就逐渐减弱，一般可用表面处理剂如聚乙烯蜡、脂肪酸盐等及采用双螺杆挤出机，就可改善这种成型加工性能。
用有机填料木粉、玉米棒芯时，应选择长径比大于15的为好，这样可改善韧性和负荷畸变度。
低填充滑石粉时，指滑石粉含量10-20%，PP复合材料可取代ABS或高抗冲聚苯乙烯，高填充是指滑石粉含量超过30%,主要用于对产品外观要求不高，主要是要求热变形温度、模量等性能的制品。
目前填充改性中填料日益趋向超细化，已出现了超细碳酸钙、超细滑石粉，粒径为1250目、2500目等。
另外填充改性的发展趋势是填料的表面改性技术在不断完善，开发不少表面处理剂，不仅起到偶联剂作用，还具有分散剂、增湿剂、降粘剂、成型加工助剂、增加韧性等作用，这样可加大填充用量，可达到60%以上的填充量。
2.增强改性
增强改性PP可以取代工程塑料，所选用的增强材料有玻璃纤维、石棉纤维、单晶纤维和铍、硼、碳化硅等，另外填料改性中的云母。滑石粉处理好时，也能作为增强材料用。
玻璃纤维增强PP应用较广，一种是混合法，即用短玻璃纤维象填料那样进行成型加工;另一种是包复法，该法近似于电线生产方法，即在单螺杆挤出机上安装一包复头，玻璃纤维连续进入包复头，P}从料斗进入螺杆，两者汇合在一起，而后造粒即可。
常用的偶联剂为硅烷类，或在偶联剂体系中加入氯化有机物或过氧化物改善PY性能。也有采用马来酰亚胺、邻苯二酸酐、均苯四酸酐、二苯甲酮四酸酐等进行处理的。
玻璃纤维增强改性时应注意的是：玻纤在PP基体中的均匀分散，若分散不均匀，则会在混合体系中出现玻纤的“堆积区”和“空隙区”，这些易造成应力集中，降低制品强度。另玻纤的取向问题也是一个重要问题，在注射成型时应特别注意。
3.共混改性
共混改性是指用其他塑料、橡胶、或热塑性弹性体与PP共混，填入PP中较大的晶球内，以此改善PP的韧性和低温脆性。为此加入玻璃化温度相对PP来说较低的一种塑料如LDPE、HDPE,这样PP晶相和无定形LDPE组成两相连续贯穿结钩，这种贯穿结构作为韧性网络传递和分散冲击能量。
例如PP/ HDPE共混，一般希望这两种原料的熔融指数相接近为好，HDPE的添加量一般在25%以下为好，从共混物的流动曲线看，HDPE起一种“增塑作用”。
加入橡胶或弹性体是改性PP的主要途径，如在PP中可加世:顺丁胶、乙丙胶、苯乙烯一丁二烯嵌段共聚物(SBS)乙烯丙烯二烯系三元共聚物(EPDM)、天然胶、聚异丁烯橡胶等。
有时用三元共混增韧体系，效果更好，如PP/LDPE/乙丙胶，PP/LDPE/EVA, PP/LDPE/EPDM，此时低温脆性可降到-40℃左右。
一般橡胶的添加量为10%左右，LDPE量也在10%左右。
例如PP和聚氨酯共混，PP和聚氨酯及SBS三元共混。
基本配方:二元共混时PP/PU=90:10,三元共混时PP/PU/SBS=90:5:5。
工艺条件:45毫米挤出机，长径比20:1,机筒温度180、210、205℃，机头温度180℃、螺杆转速15-20转/分。
在显微镜下观察，形成了以橡胶为分散相的“海岛”式结构。
有时在三元共混时，用20-30%量的HDPE作为PP球晶的插入剂，它可使PP球晶变得不完整，被分割成晶片。HDPE也有称作补强增容剂。有时用聚苯乙烯作为第三组分。
三元共混时，有时采用二步共混工艺，即先制成母料,即先把PP和弹性体SBS按1:1的比例先制成母料，然后在母料中加入配方中所需要的HDPE及剩下的PP料。
采用粉料PP时，则应在配方中添加一些抗氧剂和辅助抗氧剂。
4.其他改性
阻燃改性:PP为可燃材料，分解温度为320-400℃，起燃温度350℃，水平燃烧速度37毫米/分，氧指数18.5。PP的阻燃方法有两种:一是大量添加具有阻燃作用的无机填料如氢氧化铝、氢氧化镁，但必须添加到70-80%时才能使制品具有阻燃性，势必影响加工性及制品的其他性能。第二种方法是用阻燃剂，如含磷、含卤含锑的化合物，此法添加量少，为10%左右，只是阻嫩持久性差，而且对成型设备有腐蚀。
目前又发展了一种膨胀型阻燃体系，它是由炭化剂、炭化促进剂、发泡剂三部分组成，其阻燃效果优于上述两种方法。如用聚磷酸铵和三聚氰胺，按3:1用量的关系，则对PP的阻燃效果有明显作用。
抗静电改性:在PP中添加炭黑等导电填料，可使制品的表面电阻降到10欧姆以下。
其他还有用成核剂改性或电镀表面处理即二次加工性的改性、在PP中添加抗氧剂、抗紫外线剂以改进热、光老化性能等。
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