低密度聚乙烯LDPE共混改性聚丙烯PP

低密度聚乙烯(LDPE)共混改性聚丙烯(PP)一、实验目的通过本实验，使学生初步了解和掌握聚丙烯的性能以及聚合物共混改性的方法；了解标准试样的制备方法；了解并掌握简单的聚合物复合材料的表征方法和测试手段，为毕业论文实验打下良好的基础。聚丙烯(PP)的合成和应用可以追溯到上1950年，一位名叫Natta教授成功地在实验室合成聚丙烯⑴。大半个世纪过去，几代科研人员的投入大量精力，已经把聚丙烯从实验室产品开发成为富有功能的合成树脂的主导成员。现今，聚丙烯是热塑性树脂中发展很成熟的种类之一。我国对聚丙烯的基础性研究已有半个世纪，生产技术从催化剂的获得到聚合工艺的精进，以及新产品和新应用领域的开发都有很大进步，然而，同国外同行研究成绩相比，我国从聚丙烯产品的开发到应用均还存在差距，因此，聚丙烯领域的相关研究还有很大空间⑵。聚丙烯与聚乙烯，聚氯乙烯，聚苯乙烯，ABS组成五大通用塑料，其增长速度最快、开发潜力最大的一类树脂⑶。聚丙烯作为热塑性树脂，具有很好的实用性，并且价格低廉，在人们的日常生活和工业生产制造等多个领域到处都发挥着重要作用。聚丙烯(PP)具有比重小、耐热性好、耐腐蚀性好、成型加工容易、力学性能优异且原料来源丰富、价格低廉等优点⑴，已经在全世界范围内大量生产和使用，其产量仅次于聚乙烯，成为第二大塑料品种⑵。聚丙烯的优点得以让其迅速发展，但同时聚丙烯的缺点却也限制了其在各行各业中的应用，比如聚丙烯强度不高、易老化、易燃、韧性差、耐寒性差、低温易脆断、成型收缩率大、抗蠕变性能差、制品尺寸稳定性差、易产生翘曲变形等等⑶。因此，对聚丙烯的改性势在必行。从二十世纪六、七十年代起国内外就开始针对聚丙烯的缺点、对其如何改性进行了大量的研究，采用了多种方式对聚丙烯进行改性，提高了聚丙烯的性能，大大扩展了聚丙烯的应用范围”］。对聚丙烯的改性方法可划分为化学改性和物理改性。化学改性有共聚、接枝、交联等，物理改性有共混、填充、增强等。对聚丙烯的改性可以改善其性能的不足，同时又可以增加新的性质，可制备满足各行各业不同要求的专用料。改性方法中由于共混改性方法简单效果好、而且投资较少成为目前改性中使用最多的方法。二、实验原理本实验通过聚丙烯（PP）/低密度聚乙烯（LDPE）共混改性，研究其性能的变化。聚丙烯为无毒、无臭、无味的乳白色高结晶的聚合物，密度只有0.9-）.91g/cm3,是目前所有塑料中最轻的品种之一。它对水特别稳定，在水中的吸水率仅为0.01%，分子量约8万一15万。成型性好，但因收缩率大（为1%〜2.5%）.厚壁制品易凹陷，对一些尺寸精度较高零件，很难于达到要求，制品表面光泽好。PP的熔体质量流动速率（MFR）通常在1〜100。低MFR的PP材料抗冲击特性较好但延展强度较低。对于相同MFR的材料，共聚型的抗冲强度比均聚型的要高。由于结晶，PP的收缩率相当高，一般为1.6〜2.0%低密度聚乙烯（LDPE）又称高压聚乙烯，是一种塑料材料，它适合热塑性成型加工的各种成型工艺，成型加工性好。LDPE主要用途是作薄膜产品，还用于注塑制品，医疗器具，药品和食品包装材料，吹塑中空成型制品等。通过对PP的混合，可以使其综合性能大大提高。PP作为一种通用塑料。力学性能良好，价格低廉但其对缺口敏感，缺口冲击强度较低，为此，我们需要对PP进行增韧。而LDPE分子链柔顺，柔韧性好。两者溶解参数相近，极性相似，若将PP与PE共混合金化可达到增韧的效果。目前，PE增韧PP，是最常用、最经济。也是最成功的共混增韧体系。PP为结晶性聚合物，其生成的球晶较大，这是PP易于产生裂纹、冲击强度较低的主要原因。若能使PP的晶体细微化，则可使冲击性能得到提高。PP与PE共混体系中,PP与PE都是结晶性聚合物，它们之间没有形成共晶，而是各自结晶。但PP晶体与PE晶体之间发生相互制约作用，这种制约作用可破坏PP的球晶结构,PP球晶被PE分割成晶片，使PP不能生成球晶，随着PE用量的增大，这种分割越来越显著，PP晶体则进一步被细化。PP晶体尺寸的变小，使其冲击性能得到提高。

三、实验材料及仪器北京化学试剂厂北京化学试剂厂主要的实验材料： 聚丙烯（PP北京化学试剂厂北京化学试剂厂低密度聚乙烯（LDPE）主要实验仪器与设备:名称规格、型号生产厂家双螺杆挤出机TE-35南京瑞亚高聚专用热压机JFYSO吉林大学科教仪器厂冲片机CP-25吉林大学科技仪器厂真空烘箱DZF-6020吉林大学科技仪器厂电子称量天平JS10-01吉林大学科教仪器厂塑料球压痕硬度计QYS-96长春市智能仪器设备有限公司微机控制万能试验机WSM-SK长春市智能仪器设备有限公司热重分析仪HTG-1北京恒久科学仪器厂熔体流动速率仪SRZ-400E四、实验步骤1、材料称取分别将聚丙烯、低密度聚乙烯放入50℃真空烘箱12h，然后用称量天平分别称取已烘干处理的PP450g、LDPE50gPP400g、LDPE100gPP350g、LDPE150gPP300g、LDPE200gPP250g、LDPE250g另取1000gPP作为空白对照实验。2、材料共混挤出成型接通电源，通过控制屏上的加热和冷却开关，将料筒温度加热到设定温度，恒温10min。启动电机，然后通过控制面板上转速控制旋钮，使数显屏上的转速指数达到指定转速。将上述称量的聚丙烯/低密度聚乙烯，分别有秩序地放入挤出机料斗中。挤出圆条之后，经水槽冷却，牵引，然后切粒。注意：仪器在操作过程中挤出机头和混炼机头部分均带有高温，切勿将身体靠近、接触以上部分，操作时应佩戴隔热手套如厚布手套、石棉手套，以免出现烫伤等事故发生。电机启动时，温度必须升到所需温度后，方可启动电机。电机旋转时应先从小到大逐渐增加旋转速度。关停电机后，应将速度旋钮逐渐调至零。3、复合材料加热压片取规格为230mm*165mm*2mm铁板，于最大面中间切割130mm*70mm的矩形孔制成模具。取一块面积大于模具板的铁板，上面铺设聚四氟乙烯纸，再放上模具。将造粒后的纳米复合材料均匀的铺满模具空间内腔，放在温度为180℃的JFY50型专用热压机中的加热板上，待材料粒完全熔融后，再铺设一层聚四氟乙烯纸与一块大铁板，做保压成型处理。设定压强为10Mpa,保压5秒，放气10秒，保压放气共三次，将材料中的气泡完全排出。末次保压5分钟，后将三块铁板一同取出，并进行冷却保压处理，时间为5-10分钟。将制成的试样板从模具中取出，并于阴凉处放置待用，试样板规格130mm*70mm*2mm4、材料冲片将哑铃型切刀在试样板上比好摆放位置，一同放置于工作台上的塑料板平面上，使切刀刃平面与机座平台垂直，旋动手轮压下载刀即可冲切成标准试样(按国标GB10422211)待用。5、拉伸强度与断裂伸长率的测定取哑铃型标准试样，两端分别于上下夹具中夹好，保证上下轴心垂直。设定电脑参数：室温测试，拉伸速度为50mm/min,试样宽度6mm,厚度2mm,长度40mm,哑铃型，拉伸试验方法按GB1040-292利用WSM-5K万能力学试验机测试PP和LDPE复合材料样品的最大拉伸强度及断裂伸长率，将电脑测量的数据保存并拷贝。(数据见附录一)6、硬度的测定对QYS-96型塑料球压痕硬度计进行参数设定：“订负荷时间”30秒，“压头选择”5mm，“负荷”358N取相对较平的试样放于工作台上，按下降档使压头低至接近样片。按“实验开始”，静等仪器得出数据并记录。移动试样位置，保存数据，以同样的方式再测量两点硬度值，分别记录数据，求出平均值。注:单位面积上所承受的平均压力为kgf/mm2或N/mm2表示H=0.21p/0.25口D(h—0.04)(N/mm2)P-负荷(kg)；D钢球直径(mm)H-校正机架变形后的压痕深度（mm）h=h1-h2（hl：试样负荷压入深度。h2：仪器在实验负荷下的机架变形量）得到数据见附录二7、熔体流动速率的测定（1）实验前准备仪器调至水平，设置好控温表的温度预设值与温度修正值后，打开控制部分电源开关，前面板上的液晶屏点亮。自检后进入起始界面。（2）参数设置点击【进入试验】按键进入试验设置界面，依次设置试验方法、切料时间、切料次数。本实验采用的试验方法为质量法，切料时间根据样段的长度（10-20mm）设置，切样次数一般设为5次。（3）恒温状态点击【开始试验】键就进入了恒温状态，这个状态的目的是让控温表自动进行调节，使料筒内的温度稳定到预设温度值，“状态”会显示“恒温阶段”。此状态下不需要进行操作，静待控温表示值稳定即可，持续时间为900秒。如果温度已经稳定，可点击【进入下步】键跳过恒温状态，提前进入下一步。（4）加料状态恒温状态持续时间倒计时为0秒或按【进入下步】键均可结束恒温状态进入加料状态。“状态”会显示“加料阶段”。在此状态下用漏斗将试验用的样料加入到料筒内，然后将质量法砝码托盘与压料杆连接在一起，插入料筒内将加入的样料压实。样料的加入量可根据表1来估算取用。（5）样料预热状态：加料状态持续时间倒计时为0秒或按【进入下步】键均可结束加料状态进入预热状态，“状态”会显示“预热阶段”，此状态的目的是使加入料筒内的样料充分受热熔化。无须操作。（6）加试验负荷状态预热状态持续时间倒计时为0秒或按【进入下步】键均可结束预热状态进入压料状态，“状态”会显示“加负荷阶段”。在此状态下，适当向下按压砝码托盘，将熔化的样料挤压实，避免样料内存在大量的气泡。然后将选择好的配重砝码放置在砝码托盘上。注意：A法砝码托盘与压料杆合重325克，选择配重砝码时请计算在内。（7）切料阶段加负荷状态持续时间倒计时为0秒或按【进入下步】键均可结束加负荷状态进入切料状态，“状态”会显示“切料阶段”。此状态下，料筒内熔化的样料在配重砝码的压力下通过口模上的孔挤出。电机带动切料刀根据之前步骤中设置的参数每隔一定时间转动一周，将从口模挤出的样料段切下。每当剩余时间倒计时为0时，电机就动作一次，同时剩余次数减少一次。注意：请等待切割下的样料段冷却后再触摸，以免烫伤。（8）称重计算待料段冷却后称取每段料段重量，并根据公式进行计算。注意：若所切样条中重量差大于10%，则试验重做。（9）清理试验完毕后，请立即用附带的工具缠上纱布将料筒里和口模上的残余样料清理干净！（10）结果计算熔体流动速率计算公式600XWMFR= t式中：MFR——熔体流动速率，g/10minW——切取样条重量的算术平均值，gt——切样时间间隔，s试验结果取二位有效数字（实验数据见附录三）8、热重分析打开热分析系统。打开仪器电源。进行预热30分钟。通循环水。做通气气氛实验时，提前通气排出空气，差热仪需要30分钟。天平需要60分钟。抬起仪器的加温炉。向上提加温炉到限定高度后向逆时针旋转到限定位置。放入实验样品。支撑杆的左托盘放参比物（氧化铝空坩埚）。右托盘放试验样品坩埚。称量样品（PP/LDPE90/10）8.48mg放下仪器加温炉。顺时针旋转，双手托住缓慢向下放。切勿碰撞支撑杆。软件中输入测试样品的名称、质量和测试时间，设定气氛和流量、升温速率等参数。升温速率设置：40℃/分钟，起始温度200℃以下，最高升至800℃。20℃/分钟，起始温度400℃以下。最高升至1000℃。10℃/分钟起始温度500℃以下，最高升至仪器允许的最高温度。点击软件采集。实验完成后，点击保存。以便查找。实验完毕后40分钟，关闭循环水，坩埚可重复使用请勿随意丢弃。得到TGA谱图以及试样的分解温度Td。（数据见附录四）五、参考文献[1]刘西文.POE改性PP/共聚PP汽车保险杠专用料的研究[J].塑料工业，2010,38(2)：72.[2]刘旭，田晓艳，杨金明，等.耐高温聚丙烯改性专用料研究进展[J].塑料工业，2012,40(9)：10-12.[3]刘海明，王向东，刘伟.滑石粉对聚丙烯/聚烯烃弹性体共混物结晶行为和力学性能的影响[J].中国塑料，2013,27(11)：80-83.[4]孙卫健.汽车保险杠用刚性粒子增韧聚丙烯材料的研制[J].汽车技术，2000,(10)：25-28.[5]沈明.改性聚丙烯汽车保险杠专用料的研制[D].黑龙江：黑龙江大学高分子化学与物理、功能高分子研究部，2004.附录一PP/LDPE(100/0) 2019-3-614:06:10试验单位：长春市智能仪器设备有限公司送验单位：长春市智能仪器设备有限公司试验机型号:WSM-5KN试验机编号2013-1TG07试验人姓名：HDD试验标准：GB1040-2006试验温度:20.00(℃)试验湿度:50.00(%)试验速度:20.0(mm/min)负荷传感器额定值:5000.0(N)试验的记录方式:XT方式夹具间最大位移:800.00(mm)材料名称:0.75fr-fgo/ep材料规格：材料牌号:nb试样处理:1试样制备:n偏置百分数:20(%)截面积上屈服下屈服偏置屈服最大负荷最大负荷最大负荷断裂负荷拉伸强度断裂负荷断裂变形弹性模量试样编号应力应力应力点强度点伸长率点强度点伸长率(mm*mm(MPa)(MPa)(MPa)(N)(MPa)(%)(N)(MPa)(%)(mm)(MPa)SD-112.0002.7182.7430.000220.91018.4098.08229.0202.41819.7244.931251.990平均值12.0002.7182.7430.000220.91018.4098.08229.0202.41819.7244.931251.990最大值12.0002.7182.7430.000220.91018.4098.08229.0202.41819.7244.931251.990最小值12.0002.7182.7430.000220.91018.4098.08229.0202.4184.9314.931251.990方差0.0000.0000.0000.0000.0000.0000.0000.0000.0000.0000.0000.000

PP/LDPE(90/10)试验单位：长春市智能仪器设备有限公司送验单位：长春市智能仪器设备有限公司试验机型号:WSM-5KN试验机编号2013-1TG07试验人姓名：HDD试验标准:GB1040-2006试验温度:20.00(℃)试验湿度:50.00(%)试验速度:20.0(mm/min)负荷传感器额定值:5000.0(N)试验的记录方式:XT方式夹具间最大位移:800.00(mm)材料名称:0.75fr-fgo/ep材料规格：材料牌号:nb试样处理:1试样制备:n偏置百分数:20(%)截面积上屈服下屈服偏置屈服最大负荷最大负荷最大负荷断裂负荷拉伸强度断裂负荷断裂变形弹性模量试样编号应力应力应力点强度点伸长率点强度点伸长率(mm*mm(MPa)(MPa)(MPa)(N)(MPa)(%)(N)(MPa)(%)(mm)(MPa)SD-112.00014.19514.19012.497170.56014.2139.08626.1502.17922.4805.620160.960平均值12.00014.19514.19012.497170.56014.2139.08626.1502.17922.4805.620160.960最大值12.00014.19514.19012.497170.56014.2139.08626.1502.17922.4805.620160.960最小值12.00014.19514.19012.497170.56014.2139.08626.1502.1795.6205.620160.960方差0.0000.0000.0000.0000.0000.0000.0000.0000.0000.0000.0000.000

PP/LDPE(80/20)试验单位：长春市智能仪器设备有限公司送验单位：长春市智能仪器设备有限公司试验机型号:WSM-5KN试验机编号2013-1TG07试验人姓名：HDD试验标准:GB1040-2006试验温度:20.00(℃)试验湿度:50.00(%)试验速度:20.0(mm/min)负荷传感器额定值:5000.0(N)试验的记录方式:XT方式夹具间最大位移:800.00(mm)材料名称:0.75fr-fgo/ep材料规格：材料牌号:nb试样处理:1试样制备:n偏置百分数:20(%)截面积上屈服下屈服偏置屈服最大负荷最大负荷最大负荷断裂负荷拉伸强度断裂负荷断裂变形弹性模量试样编号(mm*mi应力m(MPa)应力(MPa)应力点强度(MPa)点伸长率点强度(MPa)点伸长率(MPa)(N)(%)(N)(%)(mm)(MPa)SD-112.00011.92211.92211.830153.87012.822242.940153.47012.789246.61661.654150.090平均值12.00011.92211.92211.830153.87012.822242.940153.47012.789246.61661.654150.090最大值12.00011.92211.92211.830153.87012.822242.940153.47012.789246.61661.654150.090最小值12.00011.92211.92211.830153.87012.822242.940153.47012.78961.65461.654150.090方差0.0000.0000.0000.0000.0000.0000.0000.0000.0000.0000.0000.000n,510,3B.9B7.696.415.133.85Z.561.Z0D.OO府无一屈变

PP/LDPE(70/30)试验单位：长春市智能仪器设备有限公司送验单位：长春市智能仪器设备有限公司试验机型号:WSM-5KN试验机编号2013-1TG07试验人姓名：HDD试验标准:GB1040-2006试验温度:20.00(℃)试验湿度:50.00(%)试验速度:20.0(mm/min)负荷传感器额定值:5000.0(N)试验的记录方式:XT方式夹具间最大位移:800.00(mm)材料名称:0.75fr-fgo/ep材料规格：材料牌号:nb试样处理:1试样制备:n偏置百分数:20(%)截面积上屈服下屈服偏置屈服最大负荷最大负荷最大负荷断裂负荷拉伸强度断裂负荷断裂变形弹性模量试样编号应力应力应力点强度点伸长率点强度点伸长率(mm*mm(MPa)(MPa)(MPa)(N)(MPa)(%)(N)(MPa)(%)(mm)(MPa)SD-112.0008.9958.9679.022127.07010.589191.420125.24010.437195.92848.982114.222平均值12.0008.9958.9679.022127.07010.589191.420125.24010.437195.92848.982114.222最大值12.0008.9958.9679.022127.07010.589191.420125.24010.437195.92848.982114.222最小值12.0008.9958.9679.022127.07010.589191.420125.24010.43748.98248.982114.222方差0.0000.0000.0000.0000.0000.0000.0000.0000.0000.0000.0000.000

PP/LDPE(60/40)试验单位：长春市智能仪器设备有限公司送验单位：长春市智能仪器设备有限公司试验机型号:WSM-5KN试验机编号2013-1TG07试验人姓名：HDD试验标准:GB1040-2006试验温度:20.00(℃)试验湿度:50.00(%)试验速度:20.0(mm/min)负荷传感器额定值:5000.0(N)试验的记录方式:XT方式夹具间最大位移:800.00(mm)材料名称:0.75fr-fgo/ep材料规格：材料牌号:nb试样处理:1试样制备:n偏置百分数:20(%)截面积上屈服下屈服偏置屈服最大负荷最大负荷最大负荷断裂负荷拉伸强度断裂负荷断裂变形弹性模量试样编号应力应力应力点强度点伸长率点强度点伸长率(mm*mm(MPa)(MPa)(MPa)(N)(MPa)(%)(N)(MPa)(%)(mm)(MPa)SD-112.0008.8658.6388.621114.8309.569141.580107.8108.984145.74436.436122.637平均值12.0008.8658.6388.621114.8309.569141.580107.8108.984145.74436.436122.637最大值12.0008.8658.6388.621114.8309.569141.580107.8108.984145.74436.436122.637最小值12.0008.8658.6388.621114.8309.569141.580107.8108.98436.43636.436122.637方差0.0000.0000.0000.0000.0000.0000.0000.0000.0000.0000.0000.000B.6I7.666.705/4<703.83Z.871.91D.96D.OO府无一屈变

PP/LDPE(50/50)试验单位：长春市智能仪器设备有限公司送验单位：长春市智能仪器设备有限公司试验机型号:WSM-5KN试验机编号2013-1TG07试验人姓名：HDD试验标准:GB1040-2006试验温度:20.00(℃)试验湿度:50.00(%)试验速度:20.0(mm/min)负荷传感器额定值:5000.0(N)试验的记录方式:XT方式夹具间最大位移:800.00(mm)材料名称:0.75fr-fgo/ep材料规格：材料牌号:nb试样处理:1试样制备:n偏置百分数:20(%)截面积上屈服下屈服偏置屈服最大负荷最大负荷最大负荷断裂负荷拉伸强度断裂负荷断裂变形弹性模量试样编号应力应力应力点强度点伸长率点强度点伸长率(mm*mm(MPa)(MPa)(MPa)(N)(MPa)(%)(N)(MPa)(%)(mm)(MPa)SD-112.0008.6598.6478.643107.1708.93167.76812.5701.04