3-第二章 通用塑料-PP-3節(jié).ppt

1、【知識回顧】聚乙烯(PE),1.在聚乙烯高分子材料種類中，分子量分布最窄的是（ ）,A. LDPE B. HDPE C. m-PE,2.一般而言，聚合物熔體的表觀粘度隨著剪切速率的增加而 （ ），其熔體流動行為屬于（ ）。,3.聚合物熔體指數(shù)簡稱（ ），一般情況下，聚合物的分子量越高，熔體指數(shù)越（ ）。,4.剛性的高分子鏈（PC）相對柔性的高分子鏈（PE)來講，提高（ ）對降低熔體粘度更有效 ；,C,降低,假塑性流體,MI,越小,溫度,塑 料 制 品,(2) 聚丙烯-PP,第二章 通用塑料,教學目錄,一.聚丙烯的分類,等規(guī)聚丙烯（isotactic polypropylene ，iPP） 間規(guī)

2、聚丙烯（Syndiotactic Polypropylene ，sPP） 無規(guī)聚丙烯（Atactic Polypropylene, aPP）,本章主要介紹等規(guī)聚丙烯，一般無特殊說明即指等規(guī)聚丙烯。20世紀50年代，意大利科學家G.Natta首先以TiCl3-AlEt3作為引發(fā)劑，使得丙烯聚合成為等規(guī)聚丙烯。,等規(guī)聚丙烯具有下列優(yōu)良性能：熔點高，拉伸強度高 （35MPa), 耐應力開裂和耐腐蝕優(yōu)良，性能接近工程塑料，可做纖維，薄膜，塑料和管材等，是發(fā)展最快的塑料品種。,二. 聚丙烯的結(jié)構(gòu),聚丙烯的結(jié)構(gòu)為 CH2CH(CH3)n，主鏈上碳原子交替存在著甲基。如果把聚丙烯分子主鏈拉成平面鋸齒形，則其

3、有規(guī)立構(gòu)構(gòu)型可表示為圖1。,atactic PP,Syndiotactic PP,Isotactic PP,圖1 PP tactic spatial structure,2.1 高分子鏈結(jié)構(gòu),等規(guī)聚丙烯立構(gòu)規(guī)整性的程度是用等規(guī)度（或稱全同指數(shù)、立構(gòu)規(guī)整度IIP）來表示的。 所謂等規(guī)度就是立構(gòu)規(guī)整聚合物占總聚合物的分數(shù)。 聚丙烯的等規(guī)度常用沸騰正庚烷的萃取剩余物所占分數(shù)來表示，一般IIP大于90%。,聚丙烯從熔融狀態(tài)緩慢冷卻時所形成的晶體，一般為球晶結(jié)構(gòu)，其形態(tài)有五種類型，見表1 。,Table 1 Crystal structure for PP,2.2 聚丙烯的聚集形態(tài)結(jié)構(gòu),七大晶系,立方,

4、四方,正交,三方,單斜,三斜,六方,聚丙烯的結(jié)晶形態(tài),目前已觀測到四種晶體結(jié)構(gòu):、和擬六方型。 最常見最穩(wěn)定的是晶態(tài)，屬單斜晶系，在138結(jié)晶時生成晶態(tài)，熔點176。 在128以下結(jié)晶時生成晶態(tài)，屬六方晶系，熔點145-150，在熔點以上進行熱處理，晶態(tài)能轉(zhuǎn)變成晶態(tài)。 晶態(tài)屬三斜晶系，熔點在晶態(tài)低約20，一般條件下，只有在分子量很低而分子活動性很高時結(jié)晶才能生成晶態(tài),形成的幾率比要低。 擬六方型：不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，有聚合物熔體驟冷即可獲得。,球晶的類型、大小和結(jié)晶度影響著PP材料的性能。 球晶尺寸大、結(jié)晶度高，材料具有較差的透明性，沖擊強度和斷裂伸長率低，而硬度、強度與模量則高。 球晶尺寸小、結(jié)晶度

5、高，材料具有一定的透明性，沖擊強度和斷裂伸長率高，而硬度、強度與模量則高。,因此，可以在結(jié)晶型高分子材料比如聚丙烯 熔體中加入成核劑，降低球晶的尺寸， 提高聚丙烯的沖擊性能。,脆性高分子材料,韌性高分子材料,試驗樣條形狀：,(1)韌且硬的高分子材料,拉伸,拉伸,脆性高分子材料,韌性高分子材料,非晶態(tài)聚合物（硬而且韌）的拉伸應力-應變曲線,A,Y,B,Yielding point 屈服點,Point of elastic limit 彈性極限點,Breaking point 斷裂點,Strain softening 應變軟化,Cold drawing 冷拉,Strain hardening 應變

6、硬化,【知識回顧】聚丙烯（PP）,1.聚丙烯主要有（ ）, ( )和（ ）三種類別；,2.影響聚丙烯物理性能的兩個參數(shù)是（ ）和（ ）,3.等規(guī)度的概念以及等規(guī)度的表征方法；,4.聚丙烯熔體冷卻時形成的是（ ）結(jié)構(gòu)，最穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)是（ ）晶形；,A.片晶 B.球晶,C. ,D. ,5.球晶的尺寸越大，沖擊強度越（ ），透明性越（ ）。,等規(guī)，間規(guī)和無規(guī),分子量和等規(guī)度,小,差,PP是所有樹脂中最輕的品種之一，密度為0.90-091g/cm3; 吸水率低，僅為0010.04; PP中晶相與非晶的密度分別為0.94和0.85，其差值較小，因此與PE相比，PP具有較好的透明性，而茂金屬PP（ mPP

7、）的透明度可達96，能與PS相媲美。,三.聚丙烯的性能,3.1 物理性能,強 度,當?shù)纫?guī)度IIP相同時，隨著MI的增大，拉伸屈服強度升高； 當MI一定時，隨著IIP的提高，拉伸屈服強度增加。,三.聚丙烯的性能,3,2,1,3.2 力學性能,圖線1：等規(guī)度：95%-96%,圖線2：等規(guī)度：88%-90%,圖線3：等規(guī)度：83%-84%,這主要是因為MI大的PP具有較低的分子量，易于結(jié)晶，結(jié)晶度高，拉伸屈服強度高；反之MI小，分子量大，PP分子不易結(jié)晶，結(jié)晶度低，拉伸屈服強度低。 PP的結(jié)晶能力不僅與分子量的大小有關，而且還受IIP的影響，IIP增加，結(jié)晶能力強，結(jié)晶度高，因此，PP的拉伸強度隨I

8、IP的增加而上升。由此可以看出，對于PP， MI和IIP是兩個重要參數(shù)。,原因分析：,一般來說，增大MI或IIP有利于提高拉伸強度、彎曲強度，但使沖擊強度降低，斷裂伸長率減小。,表 1 IIP對拉伸強度和彎曲強度的影響,當MI大，IIP較小時（約小于80%），PP具有高的沖擊強度。 當MI大，IIP增加時，隨著IIP的上升，沖擊強度表現(xiàn)出急劇下降的區(qū)域； MI小，沖擊強度受IIP的影響程度小，隨IIP的升高呈現(xiàn)逐漸降低趨勢，這是結(jié)晶度和分子量綜合影響的結(jié)果。,10,2,分子量大,分子量小,等規(guī)度（%）,注意：MI-熔融指數(shù),圖2 PP沖擊強度與等規(guī)度關系,MI大，分子量低，對沖擊強度的貢獻小，

9、且分子量低時IIP的升高更有利于提高結(jié)晶度，此時結(jié)晶度對沖擊強度的影響占主要地位，即結(jié)晶度增加，沖擊強度有一急劇降低區(qū)間。 MI小，分子量高，使沖擊強度升高，它補償了因結(jié)晶度的上升而使沖擊強度顯著下降的程度，表現(xiàn)為沖擊強度隨IIP的增大而緩慢下降。,原因分析：,值得注意的是PP的低溫脆性差，在010內(nèi)，沖擊強度急劇下降。沖擊強度除了受分子量、結(jié)晶度、球晶尺寸的影響外，還與制品的內(nèi)應力有關，內(nèi)應力的存在會使沖擊強度降低，因此，制品經(jīng)退火減少或消除內(nèi)應力后，能大幅度提高沖擊強度，最后趨于一個穩(wěn)定值。,表2 沖擊強度與熱處理溫度的關系,熱處理時間為60min,模量與表面硬度,PP的模量與表面硬度一般

10、都隨IIP的增大而增大。顯然，模量和硬度與結(jié)晶度有關，結(jié)晶度提高，它們都隨之上升。,疲勞強度與耐磨性能,PP具有突出的耐彎曲疲勞性，用它成型的鉸鏈， 常溫下，經(jīng)過7107次折疊彎曲而不產(chǎn)生損壞和斷裂。 PP的自身的磨擦系數(shù)為012，與尼龍相仿，但它不因潤滑而有很大的降低。,PP齒輪,隨著MI的增大，維卡軟化點和熱變形溫度均增加，這顯然是結(jié)晶度的變化引起的。,熱性能,耐熱性能,PP的結(jié)晶熔化溫度為164176，具有良好的耐熱性能，其制品能在100以上使用。,熱變形溫度測試儀器,維 卡 轉(zhuǎn) 化 點 測 試 儀,低溫脆性,PP的玻璃化溫度一般認為是10左右, 在0以下PP易變脆, 沖擊強度急劇下降。

11、 等規(guī)度IIP對脆化溫度的影響不大，但MI的影響較大，隨MI的增大，脆化溫度迅速升高，等規(guī)度高的更為明顯。,穩(wěn)定性,耐應力開裂性,對于PP，不同試劑產(chǎn)生應力開裂的方式不一樣，如 乙二醇、蓖麻油和表面活性劑是PP強的應力開裂劑； 強氧化性的硫酸、硝酸和鉻酸等可能使PP降解而產(chǎn)生應力開裂； 在受熱受力作用時，PP表面熱氧化作用加劇，使分子量下降而產(chǎn)生應力開裂，這種現(xiàn)象稱為熱應力脆化。 PP比PE有較好的耐應力開裂性，其分子量越大，耐應力開裂性能越好。PP共聚物的耐應力開裂性優(yōu)于均聚物。,耐化學試劑性能,PP有優(yōu)良的耐化學試劑性能，且隨結(jié)晶度的增加而提高。由于PP中存在叔碳原子，因此易被氧化性介質(zhì)侵

12、蝕； PP很容易在非極性有機溶劑中溶脹或溶解，溫度越高溶脹和溶解越歷害。 對極性有機溶劑卻很穩(wěn)定，例如醇類、酚類、醛類、酮類和多數(shù)羧酸不易使PP溶脹，但芳烴和氯化烴在80以上對它有溶解作用。,電性能,PP是非極性聚合物，吸濕性小，因此PP具有優(yōu)良的電性能，且?guī)缀醪皇墉h(huán)境濕度變化的影響。 PP的介電常數(shù)和介電損耗角正切值都小，基本上不隨溫度、濕度和頻率的變化而變化，可作高頻絕緣材料。,流變性能,PP的熔點一般認為是176,PP熔體的表觀粘度a隨剪切速率的增加而降低,呈現(xiàn)出假塑性流體的特性,見圖7。 在相同剪切速率時，隨著溫度上升，表觀粘度下降。與PE熔體相比，PP熔體的非牛頓性更強。,100 500 1000,1,2,3,聚丙烯明顯的缺陷：低溫脆性大、熱變形溫度低、收縮率大、厚壁制品易產(chǎn)生缺陷等,四.聚丙烯的改性,（1）PP/彈性體共混改性,PP增韌常用的彈性體有: 茂金屬催化劑合成的聚烯烴彈性體(POE) 三元乙丙橡膠(EPDM) 乙丙橡膠(EPR) (苯乙烯/丁二烯/苯乙烯)共聚物(SBS),PP/塑料共混體系,PP/柔性聚合物體系: EVA、LDPE、LLDPE、HDPE PP/剛性聚合物體系: PC、PET、PA6、PA66、交聯(lián)聚苯乙烯微球 PP/UHMWPE,增強PP,玻纖 晶須也是一類纖維狀材