材料的力学性能的影响

戴培邦

桂林工学院材化系广西桂林，541004

dpb_1970@sohu.com

摘要本文在单螺杆挤出机上以反应挤出工艺制备聚(顺丁烯二酸酐—苯乙烯)接枝聚丙烯(P(St-MA)-g-PP)作为PP与氢氧化镁共混的高分子相容剂制备PP/Mg(OH)2阻燃复合材料;测定了PP/Mg(OH)2的拉伸强度、弯曲强度、冲击强度等力学性能,并做了PP与PP/Mg(OH)2的DSC 试验和TG试验。试验结果表明,P（St-MA）-g-PP能够提高PP/Mg（OH）2的力学性能，当Mg(OH)2用量达60%时,PP/Mg(OH)2仍能保持良好的力学性能。TG曲线表明，P（St-MA）-g-PP 在加工过程中不会引起PP的分解，不会对PP/Mg（OH）2的力学性能产生负面影响。DSC曲线表明，P（St-MA）-g-PP的极性基团与Mg(OH)2的界面存在一定程度的粘结作用，提高了PP与Mg（OH）2的相容性。

关键词聚丙烯氢氧化美阻燃高分子相容剂

1引言

氢氧化镁具有阻燃抑烟性能[1]，是近乎完美的环境友好材料。氢氧化镁主要用于聚烯烃阻燃。氢氧化镁的吸热量小于高分子材料的燃烧热,为了达到理想的阻燃效果必需有较大填充量[2]。由于氢氧化镁是离子化合物，聚烯烃多为非极性化合物，所以聚烯烃与氢氧化镁不相容。高填充和缺少相容性引起的问题是，聚烯烃/Mg（OH）2阻燃复合材料易藏留水分，发生膨胀，填料分散性差，分布不均匀，并对材料的力学性能产生负面影响，如材料抗张强度、伸长率、冲击强度大幅下降[3—7]，甚至使材料失去使用价值。提高聚烯烃与氢氧化镁相容性的方法主要有三个。第一个方法是，偶联剂法[3-7]，用硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂、硬脂酸盐处理氢氧化镁表面。第二个方法是[8-13]，用聚合物对氢氧化镁粒子进行包覆处理，即氢氧化镁的微胶囊化。第三个方法是相容剂法[14-15]，即在聚烯烃的分子主链上引入极性的侧链，增加氢氧化镁与聚烯烃的相容性。

聚丙烯（PP）由于具有良好的综合性能而被广为应用；由于PP极易燃烧，对于PP阻燃的研究一直都很受重视。近几年由于对环境友好材料的重视,关于PP/Mg（OH）2的研究则更为活跃，关于提高PP与Mg（OH）2的相容性、提高PP/Mg（OH）2的力学性能的文献报道很多。但是，关于PP/Mg（OH）2的文献报道，所采用的提高PP与Mg(OH)2)相容性的方法几乎都是偶联剂法和微胶囊法，而用高分子相容剂法提高PP与Mg（OH）2相容性的文献报道几乎没有见到。本文采用反应性挤出工艺制备PP（MA-St）-g-PP，用于提高PP/Mg（OH）2的相容性，研究了PP/Mg(OH)2的力学性能,并采用TG试验和DSC试验研究PP（St-MA）-g-PP对PP/Mg（OH）2的力学性能的影响。

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2 实验

2.1实验仪器和试剂

2.1.1试剂

聚丙烯、氢氧化镁、硼酸锌、钛酸酯偶联剂为工业品；苯乙烯、顺丁烯二酸酐、过氧化苯甲酰为分析纯试剂.

2.1.2仪器设备

SJ-30Χ25C型塑料挤出机 （上海轻工机械公司）;

SQ-Ⅱ型塑料造粒机 （上海轻工机械公司）;

SP-160型破碎机（柳州塑料机械公司） ；

SZ-800W型塑料注射成型机（柳州塑料机械公司） ；

AG-201型电子万能试验机（岛津公司） ；

DSC-204型差示扫描量热仪 、STA-449C型综合热分析仪（PE公司）；

冲击试验机（承德试验机厂）

2.2制备工艺

（1）用聚丙烯、过氧化苯甲酰、顺丁烯二酸酐、苯乙烯等作原料，再单螺杆挤出机上制备P（St-MA）-个-PP.

（2） 用PP、Mg（OH）2、P（St-MA）-g-PP等为原料，在单螺杆挤出机上制备PP/Mg （OH）2。

（3）用塑料注射成型机制备力学性能样条。

3.3性能测试

（1）力学性能试验：用 AG-201型电子万能试验机、冲击试验机测定。

（2）TG试验：用STA-449C型综合热分析仪测定。

（3）DSC试验：用DSC-204型差示扫描量热仪测定。

4 结果与讨论

4.1 PP/Mg(OH)2的力学性能

氢氧化镁是典型的离子化合物，而PP是典型的高分子化合物，所以氢氧化镁于PP不相容,其间存在界面张力。缺乏相容性会导致PP/Mg（OH）2阻燃复合材料的分散性差，分布不均匀，并使材料的力学性能大幅下降，如材料的拉伸强度、伸长率和冲击强度大幅下降。提高PP/Mg （OH）2力学性能的关键是提高PP与Mg（OH）2的相容性,降低界面张力,提高界面 粘接。本文用P（St-MA）-g-PP作PP/Mg（OH）2的相容剂,降低界面张力,提高界面 粘接。由于在PP的分子链上引入了极性基团，有助于提高PP与Mg（OH）2的相容性。本文研究P（St-MA）-g-PP对不同氢氧化镁含量的PP/Mg（OH）2的力学性能的影响。

图1 是 Mg(OH)2含量对PP/M(OH)2拉伸强度的影响曲线。从图1可以看出，随着氢氧化镁含量的不断增加，PP/Mg(OH)2的拉伸强度逐渐下降，但下降的幅度不大.当Mg(OH)2的用量达60%时,PP/Mg(OH)2的拉伸强度还可达到21MPA，是纯PP的抗张强度的70%。这个结果是比较理想的。

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t e n s i l e s t r e n g t h (K J /M 2

)

Mg(OH)2(%)

图1 Mg(OH)2含量对PP/M(OH)2拉伸强度的影响

Fig1 effect of Mg(OH)2(W%) on

tensile strength of PP/Mg(OH)2

f l e x u r a l s t r e n

g t

h (M P a )

Mg(OH)2(%)

图2 Mg(OH)2含量 对PP/Mg(OH)2的弯曲强度的影

Fig.2 Effect of Mg(OH)2 （W%）on flexural streng of PP/Mg(OH)2

图2是 Mg(OH)2含量 对PP/Mg(OH)2的弯曲强度的影响曲线。随着Mg （OH ）2含量增加，PP/Mg （OH ）2的冲击强度先是略微上升，然后再略微下降；但是都高于纯PP 的弯曲强度。出现这个现象的原因可能是，P （St-MA ）-g-PP 和Mg （OH ）2的存在，提高了PP/Mg(OH)

2的刚性和硬度

I z o d i m p a c t (

K J /M

2)

Mg(OH)2(%)

图3 Mg(OH)2含量对PP/Mg(OH)2缺口冲击强度的影响

Fig.3 effect of Mg(OH)2 (W%) on Izod impact of PP/Mg(OH)2

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图3 是 Mg(OH)2含量对PP/Mg(OH)2缺口冲击强度的影响曲线。随着氢氧化镁含量的不断增加，PP/Mg(OH)2的缺口冲击强度下降。当Mg（OH）2的用量达到60%时，PP/Mg（OH）2的缺口冲击强度可以达到6.2KJ/M 2

，是纯PP的缺口冲击强度的50%左右。这与含卤阻燃剂阻燃的PP相比

[16]

，这个结果仍然是比较满意的。

综上所述，P（St-MA）-g-PP能够改善PP与Mg（OH）2的相容性，使PP/Mg（OH）2的力学性能达到满意的结果。 4.2 TG 试验

本文通过PP/Mg （OH ）2的TG 曲线了解P （St-MA ）-g-PP 对PP/Mg （OH ）2的热稳定性的影响，并了解它在加工过程中是否会对PP/Mg （OH ）2的力学性能产生负面的影响。从PP 与PP/Mg （OH ）2（Mg （OH ）2的含量为60%）TG 曲线可以看出，在低于300℃的条件下，PP 与PP/Mg （OH ）2的热失重状态几乎完全一致。这说明，P （St-MA ）-g-PP 在加工温度下是稳定的，不会发生分解，也不会诱导PP 发生分解。由此可以认为，在加工过程，P （St-MA ）-g-PP 对PP 或者说对PP/Mg （OH ）2的力学性能不会产生负面影响。

W e i g h t l o s s s ( %)

Temperature(?)

图4 TG 曲线 Fig.4 The curves of TG 4.3 DSC 试验

H e a t f l o w e n d o

Temperature(?)

图6差示扫描量热分析曲线 Fig 6 the Curve of DSC

本文希望从PP与PP/Mg（OH）2的DSC曲线了解P（St-MA）-g-PP与Mg（OH）2是否存在一定程度的相互作用。本文作了纯PP与PP/Mg（OH）2（Mg（OH）2的含量为60%,W%）的DSC试验。从

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曲线图中我们可以看到,纯的聚丙烯只有一个在140℃附近的熔融吸热峰。而PP/Mg（OH）2有两个吸热峰。在160℃附近的吸热峰是PP的熔融峰;在120附近的吸热峰，可以认为是由于P （St-MA）-g-PP的极性基团与Mg（OH）2的相互作用引起的。由这个吸热峰可以认为，P（St-MA）-g-PP提高了PP与Mg（OH）2的相容性，P（St-MA）-g-PP与Mg（OH）2的界面存在一定程度的粘结作用。这个粘结作用可能就是提高PP/Mg（OH）2的力学性能的直接原因。

5 结论

（1）P（St-MA）-g-PP能够提高PP/Mg（OH）2的力学性能，当Mg(OH)2用量达60%时,PP/Mg(OH)2仍能保持良好的力学性能，其抗张强度可达到纯PP的抗张强的70%，冲击强度可达到纯PP的冲击强度的50%，其弯曲强度比纯PP的弯曲强度略有提高。

（2）TG曲线表明，P（St-MA）-g-PP在加工过程中不会引起PP的分解，不会对PP/Mg （OH）2的力学性能产生负面影响。

（3）DSC曲线表明，P（St-MA）-g-PP的极性基团与Mg(OH)2的界面存在一定程度的粘结作用，提高了PP与Mg（OH）2的相容性。

参考文献：

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Effects of P(St-MA)-g-PP on mechanical properties of flame retardand PP/Mg(OH)2 composites

Peibang Day

Department of Material and Chemistry, University of Science and Technology of Guilin ,Guilin,Guangxi

ABSTRACT

P(St-MA)-g-PP was prepared by reactive extrudor and it was incorporated into flame retarded PP/Mg(OH)2 composites as a polymeric compatilizer . Mechanical properties of PP/Mg(OH)2 were measured and effects of P(St-MA)-g-pp on mechanical properties of PP/Mg(OH)2 were studied by TGA and DSC test . The data obtained from mechanical showed that compatibility between PP and Mg(OH)2 was promoted by P(St-MA)-g-PP and superior mechanical properties could retain even if the percentage of Mg(OH)2(w%) in PP/Mg(OH)2 was 60%. The TGA data indicated that PP in PP/Mg(OH)2 could not be induced to degrade by P(St-MA)-g-PP in the processing temperature. DSC data indicated that there was boundary adhesion between P(St-MA)-g-PP and Mg(OH)2in PP/Mg(OH)2 and compatibilization between PP and Mg(OH)2 was improved by P(St-MA)-g-PP.

Ker words: PP ; Mg(OH)2 ; Flame retardant ； polymeric compatilizer

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