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冬季話(huà)塑料——PP材料如何提升韌性
【塑料機(jī)械網(wǎng) 技術(shù)學(xué)堂】 俗語(yǔ)云，臘七臘八凍掉下巴；又云，三九四九冰上走。今日適逢農(nóng)歷臘八節(jié)，一年冬天也行至氣溫低谷階段。在北方，往往冬季室外溫度可以低至零下幾十度，如此的低溫環(huán)境也為我們帶來(lái)了不少困擾，比如關(guān)于塑料在低溫環(huán)境中韌性變差、容易破碎的問(wèn)題。
我們常用的塑料中，PP材料的脆化溫度在零下35攝氏度，PS材料在零下30攝氏度，PVC為零下50~60攝氏度，PC在零下100攝氏度，HDPE在零下65攝氏度左右……脆化溫度也代表著塑料的耐低溫性的強(qiáng)弱。
通常高分子材料有三種物理形態(tài)——玻璃態(tài)、高彈態(tài)(橡膠態(tài))、粘流態(tài)。往往在低溫情況下，高分子材料表現(xiàn)出玻璃態(tài)的性質(zhì)，其分子鏈的活性隨著環(huán)境溫度的降低而變小，分子鏈和鏈段被固定，在受到?jīng)_擊的情況下難以產(chǎn)生較大的形變，因而無(wú)法吸收外力沖擊帶來(lái)的能量，在接近其本身的脆化溫度時(shí)，便產(chǎn)生了破碎情況。在這一過(guò)程中，玻璃化溫度是一個(gè)重要指標(biāo)。當(dāng)?shù)陀谶@一溫度時(shí)，高聚物呈現(xiàn)玻璃態(tài)，反之則呈現(xiàn)出高彈態(tài)，這可以看做是塑料在使用中性能變化的一個(gè)分水嶺。
在生活中我們經(jīng)常使用的PP就是較為受制于低溫環(huán)境的高分子材料，它的玻璃化溫度在0攝氏度左右，冬季南方溫度接近這一指標(biāo)，而北方則普遍低于該溫度，因而這類(lèi)材料在北方冬季中使用面臨較大的困難。
如何應(yīng)對(duì)PP材料的不耐低溫？
改變材料不耐低溫的性質(zhì)，我們可以從增加增韌劑用量和共混改性等方面入手。共混改性通常使用如添加橡膠類(lèi)或塑料類(lèi)等玻璃化溫度更低的材料來(lái)提升PP的韌性，下面列舉幾種：
添加乙丙橡膠(EPR)：這是一種為PP材料增韌的理想伙伴，也在PP增韌生產(chǎn)中較為常見(jiàn)的一種材料。當(dāng)其在總混合物中占比達(dá)到20%時(shí)，所變現(xiàn)出來(lái)的抗沖擊性比純PP材料高出4倍，相應(yīng)的其玻璃化溫度也下降了4倍左右。
添加三元乙丙橡膠(EPDM)：它變現(xiàn)出來(lái)的增韌情況與EPR類(lèi)似，其混合物比純PP高出4倍左右。
添加順丁橡膠：這是一種具有良好的耐低溫性、耐磨性、高彈性等優(yōu)點(diǎn)的材料，且溶度參數(shù)要更加接近。而通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)其相容性好，增韌效果明顯，而且經(jīng)過(guò)加入改性的材料后期呈現(xiàn)出膨脹系數(shù)小、尺寸穩(wěn)定性佳的特點(diǎn)。
加入SBS成核劑：SBS具有高彈性、耐低溫性，而且同時(shí)具有硫化橡膠和熱塑性彈性體的優(yōu)良性能。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，加入SBS改性的PP的性能獲得了較大的提升，其耐受的沖擊強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率都有所提升。
加入POE：這種材料屬于飽和的乙烯-辛烯共混物，通過(guò)乙烯、辛烯的原位聚合技術(shù)生產(chǎn)。在增韌效果中表現(xiàn)得比前幾種材料更顯著，當(dāng)POE含量超過(guò)15%時(shí)，所表現(xiàn)出的增韌效果明顯有所提升，并且其對(duì)該流動(dòng)性的PP材料仍然有明顯的增韌效果。
結(jié)語(yǔ)：PP材料應(yīng)用廣泛，但其不耐寒的特性也導(dǎo)致在低溫環(huán)境下應(yīng)用受阻，而經(jīng)過(guò)共混改性的PP材料能夠呈現(xiàn)更加理想的特性。至今，共混改性已經(jīng)成塑料的生產(chǎn)中頗為常見(jiàn)的一種技術(shù)，經(jīng)此技術(shù)可令產(chǎn)品具有更廣的適用范圍，實(shí)現(xiàn)塑料的高性能、精細(xì)化。在未來(lái)，借助這一技術(shù)，還將有更多新型高分子材料誕生。
資料參考：高分子、搜狐、道客巴巴
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