杨明明
内蒙古中煤蒙大新能源化工有限公司 内蒙古省鄂尔多斯市 017320
摘要：本文研究了成核剂对抗冲共聚聚丙烯（PP）性能的影响。由分析可知，增加成核剂对晶体结构的高低均有影响。成核剂具有非均匀成核作用。结果表明，在聚集结构水平上，随着成核剂的增加，结晶度增加，球晶尺寸逐渐减小。同时，成核剂对晶粒结构和晶胞结构都有影响。
关键词：成核剂；抗冲共聚；聚丙烯性能；影响
引言：成核剂对PP材料的结晶形态有一定的影响，晶化温度提高，结晶度增加，结晶加速，成核剂效应增强，不同成核剂的成核效果不同。例如，硫酸钠型成核剂可形成PP的硫酸钠型晶体。不同成核剂对PP材料(N-PP)力学性能的影响是通过改变结晶形态来实现的。N-PP材料具有较高的拉伸强度和结晶度，较高的热转化温度，较高的硬度和抗弯强度。N-PP的异相成核理论还不成熟，目前还不清楚是什么结构因素引起了N-PP的成核效应。同时，成核剂对PP物理性能影响的结晶研究尚不详尽。因此，对N-PP和成核剂在聚丙烯中的应用并不是非常活跃的。聚合球晶是一种由许多微晶颗粒组成的多晶聚集体，其形成单体是单细胞，以此确定成核剂是否能影响晶体线形态的不同尺寸。
1.实验细节
1.1实验材料
线型聚乙烯DFDA-7042 聚乙烯T60-800 5502S（中煤延长榆林石化）聚丙烯(PP)，熔融指数为14.25g/10 min。主要为苯甲酸钠。[1]
1.2样品制备
在PP基体中加入不同浓度的成核剂(N，0-2.0wt.%)，然后用直径为42 mm的双螺杆挤出机挤出，同时保持60 Rev.min的旋转速度。[2]
1.3结晶度
用X射线法测定了材料的结晶度
2.实验结果
2.1氮对结晶度、球晶形貌和晶粒的影响
X和D的变化，D和X值受成核剂含量(N)的影响。事实上，随着氮含量的增加，结晶度增大，平均结晶度减小，趋势分布均匀。总结了不同N值的喷射-乌来石粒度分布。曲线的不同位置和形状显示了球晶在母线中的不同程度的分散。随着成核剂的增加，小球晶数量增加，分布范围变窄。[3]
2.2晶粒水平的变化
不同晶面的X射线衍射曲线和半峰宽度(B)与成核剂(N)的用量有关。随着成核剂的增加，X射线衍射曲线。倾向于变宽，特别是晶面(变化34%)。由这些曲线可以确定尺寸比球晶小的晶粒尺寸的变化。用Scherrer公式计算了不同N值下具有最强衍射强度的正火取向晶面的尺寸。结果表明，随着成核剂用量的增加，正火晶面尺寸趋于减小，晶面最明显。因此，N对晶粒的大小和尺寸范围都有影响。[4]
2.3对单细胞结晶形态的影响
单元是晶体形成的基本单元结构。成核剂对球体和晶粒结构水平的影响通常是研究的重点，因此在单位晶胞水平上的影响一直被忽略。用X射线衍射曲线计算单位晶胞参数(a、b、c)和单位胞体积的变化。结果N值不同。
V=ABC-cos*y+2 Cosacos- COSY
其中：a，b，c为晶胞参数，d为晶面之间的空间，(Hkl)为晶面指数，a=99.33，a=y=90，V为单位晶胞体积。
结果表明，随着氮含量的增加，单位晶胞参数减小，成核剂含量增加，单位晶胞体积减小。B的下降幅度最大，因为沿b轴分子链相距较远，且相互作用较弱，当分子链排列进入晶格时，这种相互作用更容易受到晶体的影响。
3.分析成核剂对抗冲共聚聚丙烯性能的影响
采用红外光谱、核磁共振、原子力显微镜和拉曼光谱分析了原料结构、微观形貌和注射工艺参数对材料冲击性能的影响。结果表明，熔体温度对聚丙烯的冲击性能影响较大，而注射速度和填充时间的影响较小。提高熔体温度会降低聚丙烯的冲击性能。注射参数的变化对高乙烯含量或[PPE]序列聚丙烯的性能有很大影响。为了保证试验数据的一致性和重复性，严格控制注射参数是非常重要的。差示扫描量热法（DSC）研究了β-成核剂（β-NAs:NT-A和NT-C）对IPC非等温结晶和熔融行为的影响。研究了样品的球晶形态、力学性能和耐热性能。用Mo法分析了非等温结晶动力学，用Kissinger法计算了结晶活化能。结果表明，β晶型IPC的β晶含量和结晶速率均大于纯IPC，说明NT-C作为β-NA比NT-A更有效。β-NAs的加入使球晶尺寸减小，数量增加。β-NAs还提高了IPC的Izod缺口冲击强度和热变形温度（HDT），但拉伸强度损失很小。β-NAs的加入使球晶尺寸减小，数量增加。β-NAs还提高了IPC的Izod缺口冲击强度和热变形温度（HDT），但拉伸强度损失很小。发现β核IPCs在HDT试验中发生了β-α相变。Mo法能很好地描述样品的非等温结晶动力学。β-NAs的加入显著降低了IPC非等温结晶的活化性能。
3.1成核剂对试样耐热 性能的影响
负荷变形温度随着成核剂添加量的增加整体呈升高趋势，且成核剂HPN-A的效果明显好于HPN-B成核剂。成核剂HPN-A添加量为0.08%时,试样的负荷变形温度达到91.2C,比空白试样负荷变形温度高大约20C,增加幅度达28%左右，这将极大地提高2500H的使用温度，扩大其应用领域。成核剂HPN-B添加量为0.02%，试样的负荷变形温度达到79.8 C,比空白试样负荷变形温度提高8.5 C,之后尽管成核剂添加量在增加，但试样的负荷变形温度基本没有变化。
3.2成核剂对试样收缩率的影响
成核剂HPN-A使试样的横向收缩率(TD)、纵向收缩率(MD)略有提高;成核剂HPN-B添加量为0.08%时,试样的TD、MD分别为1.68%,1.67%， 与空白试样相比TD降低6.15% ,MD降低8.20%。由此可知,成核剂HPN-B可以有效降低试样的TD和MD,这有利于在成型加工过程中控制试样的尺寸。
以苯甲酸为聚丙烯材料的核化剂，在非极化苯环上排列其侧甲基，从而产生结晶，在PP骨架链与苯环表面之间起作用。聚合物分子链的局域运动通过聚集效应降低了结晶自由能，从而促进了材料的结晶。同时，分子链能更好地进入晶体晶格的规整性，形成较高的体积密度，从而改善晶体结构。
1)加工性能方面有较突出的表现，缺点是造成试样简支梁缺口冲击强度下降,收缩率略有提高。
2)成核剂HPN-B提高了2500H的结晶速率,使2500H的结晶温度提高大约3 C,负荷变形温度提高8.5 C。
3)成核剂HPN-B在改善2500H热加工性能的同时，提高了试样的力学性能(尤其是刚性)和简支梁缺口冲击强度。HPN-B添加量为0.08%时,试样的弯曲模量提高22%，拉伸强度提高5.4%，TD和MD分别降低6.15%和8.20%。
结束语：以上分析表明，成核剂的增加对晶体结构的高低水平都有影响。成核剂具有异相成核效应。含成核剂的PP材料的异相成核理论还不十分成熟，而且存在着大量的重结晶现象，从熔体结晶到旋转结构更稳定，具有随机螺旋分子先向这种旋转结构转变。
参考文献：
[1]邱丽莎.汽车保险杠用改性聚丙烯(PP)复合材料性能研究[D].湖北:武汉理工大学,2010. DOI:10.7666/d.y1679589.
[2]肖江.抗冲共聚聚丙烯EPS30R结构表征及产品质量改进[D].天津:天津大学,2008. DOI:10.7666/d.y1519615.
[3]窦国睿.β晶型聚丙烯结晶行为与力学性能研究[D].江苏:南京工业大学,2016.
[4]李丽,彭蓉,杨世元.β-成核剂对抗冲共聚聚丙烯及其复合材料结晶性能的影响[J].合成树脂及塑料,2018,35(2):66-69. DOI:10.3969/j.issn.1002-1396.2018.02.017.