一种提高聚丙烯制品抗冲性能的方法
【专利摘要】本发明涉及一种提高聚丙烯制品抗冲性能的方法；该方法是将聚乙烯掺混在聚丙烯原料中，两种原料共混后熔融加工成制品，将熔融加工成型的制品经退火处理得到抗冲性能的聚丙烯制品；按质量份计：聚丙烯为100份，聚乙烯为2.5-60份；所述的退火处理温度在80-14CTC范围内；退火时间为10分钟到72小时；本方法制备的制品，力学性能得到进一步提高，在保持较高强度的情况下可大幅提高其韧性，本技术有望在汽车、管道、电气、建筑等方面获得广泛应用。
【专利说明】一种提高聚丙烯制品抗冲性能的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种提高聚丙烯（Polypropylene,缩写PP)制品抗冲性能的方法。
【背景技术】
[0002] 聚丙烯因具有密度小，成本低，电性能、耐腐蚀性、卫生性、防潮性能优良以及加工 性能好等优点而获得广泛应用。但是，PP也存在韧性差（特别是缺口冲击强度低）等缺点， 这些不足限制了其在更为广阔领域特别是作为工程材料在汽车、制造、建筑、化工管道等高 端领域的应用。对PP进行增韧改性研究，使其韧性达到或接近工程塑料的要求，从而将PP 应用扩展到传统工程塑料的某些应用领域，具有重要的应用价值。
[0003] 利用"后改性"的方法，通过添加各类改性材料并辅以适当的化学、物理改性，以改 善或提高基体树脂的使用性能，是获取低成本高性能PP的有效途径。与乙丙橡胶等橡胶共 混是获得具有优良韧性PP的最为经济有效的方法之一。然而，由于橡胶自身较低的刚性， 橡胶共混增韧改性在提高韧性的同时也会不可避免带来材料刚性下降，并很大程度上限制 了它的适用范围。近年来随着刚性粒子增韧理论的发展，改变了以往橡胶增韧改性必须以 牺牲刚性为代价、共混材料刚性随第二组份含量增加而下降的情况，使高刚性高韧性共混 材料的制备成为可能。
[0004] 聚乙烯（Polyethylene，缩写PE)是日常生活中最常用的高分子材料之一，其产量 居五大通用树脂之首。PE依聚合方法、分子量、链结构之不同，分高密度聚乙烯（HDPE)JS 密度聚乙烯（LDPE)、线性低密度聚乙烯（LLDPE)及超高分子量聚乙烯（UHMWPE)。由于其量 大价廉的优点，利用PE与PP共混改性已吸引了广泛关注。虽然普遍认为PE加入能增强或 增韧PP，但由于不同种类PE存在结构差异，与PP相容性会有显著不同，从而导致对聚丙烯 力学性能的影响会产生很大差异。另一方面，加工条件导致的结晶结构与相结构等微结构 差异亦会导致PP/PE共混物力学性能的差异。因此，研究不同加工条件下PP/PE共混物力 学性能的变化具有十分重要的意义。
[0005] 退火是一种工业上常用的改性聚合物材料的加工方法，它是指将聚合物加热至接 近其熔点的某一温度并保持足够时间，然后以适宜速度冷却。一般认为退火能导致聚合物 结构变化，而这些结构改变会导致相应力学性能等变化。例如，退火导致的聚合物晶型完 善，晶片增厚等变化会导致材料刚性提升，而退火也会造成聚合物相组分含量改变，从而可 能导致材料断裂形变过程中更易形成微孔，提升材料冲击韧性。考虑到退火处理的这些特 点，其可能是一种理想的同时增强增韧聚丙烯的方法。本发明首次成功利用PE共混与退火 处理的协同增韧效果，大幅提升PP制品的韧性，同时保持PP制品较高的强度。此方法的优 点在于共混所用PE组分为已大规模生产的廉价原料，共混及退火处理等加工成型方法成 熟，所以此退火处理的共混物具备大规模生产的可能性，最终得到的制品成本可以很低。此 方法提供了一个由PP制备高刚性高韧性材料简单而有效的方法，有可能扩大PP的应用前 旦 -5^ 〇
【发明内容】
[0006] 本发明的目的是提出一种提高聚丙烯制品抗冲性能的方法；该方法是将聚乙烯掺 混在聚丙稀原料中，两种原料共混后溶融加工成制品，将溶融加工成型的制品经退火处理 得到抗冲性能良好的聚丙烯制品。用该方法所制备的抗冲性能的聚丙烯制品同时具有较高 的韧性和刚性。
[0007] 本发明中所使用的聚丙烯原料，是各种牌号的聚丙烯（PP)，包括：均聚聚丙烯 (PP-H)、嵌段共聚聚丙烯（PP-B)、无规共聚聚丙烯（PP-R)，同类或不同类聚丙烯的混合物。
[0008] 本发明中所使用的聚乙烯原料，是各种牌号的聚乙烯（PE)，包括高密度聚乙烯 (HDPE)、低密度聚乙烯（LDPE)及线性低密度聚乙烯（LLDPE)，同类或不同类聚乙烯的混合 物。
[0009] 本发明所提出的退火处理方法，是指将熔融加工成型的制品升温至某一温度恒温 一定时间，再降温的过程。该退火温度通常不高于聚丙烯熔点。退火处理的时间可为任意 时长，通常为10分钟到72小时。
[0010] 本发明的聚丙烯制品中，还可含有其它各种添加剂，如加工助剂、分散剂、抗氧剂、 着色剂、填料等，可根据实际情况使用。
[0011] 本发明制品中两种主要组份（质量份）比例为：聚丙烯100份，聚乙烯2. 5-60份。 当然，也可以含有任意添加量的各种常用改性剂，如：加工助剂、分散剂、抗氧剂、着色剂、填 料等。这些组分的加入不改变本专利方法的有效性。
[0012] 本发明的改性方法，可选择PP为基础原料，与一定比例的PE经过传统的模压、挤 出、注射等熔融加工或成型的方法制备含PE的PP改性制品，然后将制品放置于任意可进行 退火的装置入烘箱、红外加热室、高温房间等进行退火处理，即可保持PP制品较高的强度， 并大幅提高其韧性。通过成熟简单的共混改性及退火处理方法就可制备出一系列高韧性高 刚性的PP改性制品。本发明中涉及的制备方法，均为通用的高分子材料改性或制品加工方 法，如挤出、模压、注射等，没有特殊要求。具体以下通过实施例对本发明进一步进行说明， 其中组成份数、含量均按质量计。
【具体实施方式】
[0013] 实施例1
[0014] 称取I. 8kg PP (F401)粒料与0. 2kg HDPE (5200B)粒料混合均匀后，用双螺杆挤出 机在200° C下挤出造粒。所得干燥共混物粒料于注射机上200° C注射成型曲标准力学 性能测试样条。
[0015] 将所制备的标准测试样条于130° C退火处理12h，按GB/T1043-93标准测定缺口 冲击性能，按GB/T9341-2000标准测弯曲性能。纯PP及未经退火处理样条亦测得相应冲击、 弯曲性能，进行比较。
[0016] 所得材料性能如下：纯PP在未退火处理时冲击强度为3. 92kJ/m2,弯曲强度 I. 60GPa ;130° C退火处理后冲击强度为17. 12kJ/m2,弯曲强度I. 75GPa ;对于PP/PE共混 物制备的样条，未退火处理时冲击强度为4. 56kJ/m2,弯曲强度I. 79GPa ;130° C退火处理 后冲击强度为47. 31kJ/m2,弯曲强度I. 96GPa。样条退火后较未退火纯PP冲击强度大幅增 力口，弯曲强度亦有一定程度提升。
[0017] 实施例2
[0018] 其他同实施例1，其中退火温度换为80° C。所得材料性能如下：对于纯PP样条， 80° C退火处理后冲击强度为4. 62kJ/m2。对于PP/PE共混物样条，80° C退火处理后冲击 强度为 10.93kJ/m2。
[0019] 实施例3
[0020] 其他同实施例1，其中聚乙烯为线形低密度聚乙烯（LLDPE)，并改用在100° C退 火处理。所得材料制备样条性能如下：对于纯PP首要，100° C退火处理后冲击强度为 7. 05kJ/m2。对于PP/LLDPE共混物样条，100° C退火处理后冲击强度为10. 93kJ/m2。
[0021] 实施例4
[0022] 其他同实施例1，其中退火温度换为120° C。所得样条性能如下：对于纯PP样 条，120° C退火处理后样条冲击强度为13. 50kJ/m2。对于PP/PE共混物样条，120° C退 火处理后冲击强度为33. 42kJ/m2。
[0023] 实施例5
[0024] 其他同实施例1，其中退火时间换为0. 5、l，2、4、6、8、10、24、48、72h。所得样条性 能趋势基本不变。
[0025] 所制备样条性能如下：未退火处理的PP/PE共混物样条冲击强度为4. 56kJ/m2， 而在130° C退火处理上述不同时间后PP/PE共混物样条的冲击强度分别为5. 18、9. 86、 19. 10、30. 22、35. 62、42. 36、46. 36、49. 86、52. 12 和 50. 76kJ/m2,共混物样条退火后较未退 火纯PP冲击强度大幅增加，而弯曲强度在I. 90-2. 35GPa范围内，有一定提高。
[0026] 实施例6
[0027] 其他同实施例1，其中PP、PE质量分别为1.6kg和0.4kg。所得标准样条测得的性 能如下：对于PP/PE共混物样条，未退火处理时冲击强度为4. 71kJ/m2,弯曲强度I. 79GPa ; 130° C退火处理后样条冲击强度为48. 27kJ/m2。
[0028] 实施例7
[0029] 其他同实施例1，其中没有双螺杆挤出机挤出造粒步骤，而将PP、PE粒料混合均匀 后直接于注射机上200° C注射成型为4mm厚的片材。该片材置于135° C烘箱中退火处 理2. 5小时，取出后切成标准样条测其冲击强度，结果如下：对于PP/PE共混物片材，未退火 处理时冲击强度为4. 56kJ/m2 ;135° C退火处理2. 5小时后该片材冲击强度为42. 71kJ/m2。
[0030] 实施例8
[0031] 取I. 8kg嵌段共聚聚丙烯（PPB)，与0. 2kg HDPE粒料另加入0. 2kg滑石粉，经密 炼机混炼并切片，造粒，再注射成标准样条后在130° C退火处理2. 5小时，测定力学性能。 发现共混物样条未退火处理时冲击强度为22. 10kJ/m2,经处理后样条冲击强度为50. OSkJ/ Hl20
[0032] 实施例9
[0033] 样品制备方法同实施例8,但混合物组成为I. 2kg PPB、0. 5kg HDPE、Ikg碳酸钙。 发现共混物样条未退火处理时冲击强度为16. 48kJ/m2,经处理后样条冲击强度为46. 24kJ/ Hl20
【权利要求】
1. 一种提高聚丙烯制品性能的方法，其特征在于：该方法是将聚乙烯掺混在聚丙烯原 料中，两种原料共混后熔融加工成制品，将熔融加工成型的制品经退火处理得到抗冲性能 的聚丙稀制品； 按质量份计：聚丙烯为100份，聚乙烯为2. 5-60份； 所述的退火处理温度在80-140° C范围内； 退火时间为10分钟到72小时。
2. 根据权利要求1所述的提高聚丙烯制品性能的方法，其特征在于：聚丙烯选自均聚 聚丙烯、嵌段共聚聚丙烯、无规共聚聚丙烯，同类或不同类聚丙烯的混合物。
3. 根据权利要求1所述的提高聚丙烯制品性能的方法，其特征在于：聚乙烯选自高密 度聚乙烯、低密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯，同类或不同类聚乙烯的混合物。
【文档编号】C08L23/08GK104212056SQ201310219412
【公开日】2014年12月17日 申请日期:2013年6月5日 优先权日:2013年6月5日
【发明者】义建军, 祖凤华, 胡徐腾, 冯嘉春, 王永刚, 何勇, 张友军, 周翔, 王莉, 李荣波, 谭魁龙, 王仪森, 李新昌, 陈兴锋 申请人:中国石油天然气股份有限公司