热处理对聚丙烯动态力学性能的影响

　第21卷第5期　2005年9月

高分子材料科学与工程

POLYMERMATERIALSSCIENCEANDENGINEERING

.21,No.5Vol

Sept.2005

热处理对聚丙烯动态力学性能的影响

薛　锋1,程金容时1,2

Ξ

(1.华南理工大学材料学院,广东广州510640;2.,江苏)

摘要:将注射成型的聚丙烯(PP),不断完善,增高。,从而结晶度和关键词:热处理;聚丙烯;动态力学;结晶

中图分类号:O631.2+1　　　文献标识码:A　　　文章编号:100027555(2005)0520239203

热处理作为一种改善金属材料性能的有效手段,已得到了极其广泛的应用。而在高分子材

料领域,热处理的应用仅局限于聚合物纤维的纺丝和尼龙等工程塑料的后处理。至于在通用塑料方面的报道比较少见,只是将热处理用来研究材料的结晶和熔融过程,近年来,已有人对热处理与力学性能之间的关系进行了探索[1～3]。本工作通过研究热处理对PP动态力学性能的影响,结合热处理后其熔融结晶情况的变化,得到一些关联该热处理对结构与性能间的有意义的结论,为以后的实际应用提供基础数据。1　实验部分1.1　样品制备

Instruments,U.S.A.);差示扫描量热(DSC)实验(仪器:MDSC2910,TAInstruments,USA)。

所选定的热处理温度均低于试样的熔点,此时试样没有明显的形变,保持其尺寸的稳定,从而保证DMA实验的进行。这也是已成型的制件再进行热处理的基本要求。

用DSC方法测量试样的结晶度时,选取在相同的温度区间计算每个热处理试样的结晶度,以便进行比较。2　结果与讨论

2.1　热处理后PP的动态力学行为

注射成型的PP试样在130℃经过不同时间的热处理后,其动态力学行为如Fig.1所示。由Fig.1可见,它们的储存模量曲线均在未经热处理试样的储存模量曲线的上方,即经热处理后,试样的储存模量均出现不同程度的提高。将同样的样条在110℃也经不同的热处理时间后,再测量它们的储存模量,也得到了类似的结果,如Fig.2。

为便于比较热处理时间对试样储存模量的影响,分别读出PP样条在130℃、110℃热处理后测得的各DMA曲线对应于40℃时储存模量

使用北京燕山石油化工股份有限公司生产的聚丙烯PP-K8303,于195℃注射成型为一定尺寸的条形试样。1.2　实验条件

注射成型的PP试样分别在130℃、110℃的烘箱中进行热处理,该温度下到达设定的热处理时间后将试样取出,于空气中自然冷却至室温,放置48h以上后分别进行动态力学分析(DMA)实验(仪器:DMA2980,TA

Ξ收稿日期:2004205209;修订日期:2004209205　联系人:

薛　锋

240高分子材料科学与工程2005年　

的数值,再计算它与原试样相比的增加百分率,并对热处理时间作图,如Fig.3所示。由Fig.3可见,经130℃热处理8h后试样的储存模量较未热处理的试样提高了15.4%。经110℃热处理12h后试样的储存模量也提高了13.9%。对Fig.3中130℃和110℃储存模量增量与热处理时间的关系分别作变化趋势线,如Fig.3所示。由趋势线可见,在热处理了一定时间后,储存模量都会达到一最大值。在130℃和110℃作热处理,储存模量增量达到最大值所需时间分别为13h和18h

,,状态。

试样注射成型后,由于被快速冷却,高分子链没有运动到它们各自的平衡位置就被冻结,或者说由于温度的迅速降低,可以结晶的部分还没有来得及结晶完全。这样,在其成型后再在合适温度下,让高分子链进行充分运动,或者让未完成的结晶进行充分结晶,这样一方面可消除结构的内在缺陷,另一方面还可提高聚集态结构的规整性,,分子间的作用力有所降低

,从。这是一个特别的现象,高分子链在一定条件下究竟处于何种亚稳态结构,还将作进一步的深入研究[4]。

Fig.1　DMAcurvesofheattreatmentPPwithdifferent

timeat130℃

●:PP130224;□:PP130212;+:PP130210;○:PP13028;■:PP13026;(:PP13025;☆:PP130

22;3:PP13021;△:PPP13020.

Fig.3　StoragemodulusincreaseofheatreatmentPP

withdifferenttime

▲:130℃;■:110℃;——

:trendine,130℃;2222:trendine,110℃

Fig.2　DMAcurvesofheattreatmentPPwithdifferent

timeat110℃

●:PP11020;□:PP11021;+:PP11024;○:PP11026;■:PP11028;(:PP110212;△:PP110222;3:PP110224; :PP110236.Fig.4　DSCcurvesofheattreatmentPPwithdifferent

timeat130℃

-:PP13020;□:PP13021;+:PP13022;○:PP13026;■:PP13028;(:PP130210;●:PP130224

同时也可看到,130℃热处理的储存模量随热处理时间变化的趋势线,其大部分在110℃热处理的储存模量随热处理时间变化的趋势线的上方,而且前者较后者峰形相对窄,这是与温度对高分子链热运动的影响相对应的。当PP

2.2　热处理后PP的结晶行为

PP试样经130℃热处理后的加热熔融DSC曲线如Fig.4所示。由Fig.4可见

,经过热

处理后PP试样的熔融峰的峰面积均明显大于未经热处理的试样,而且其峰形与原试样相比

　第5期薛　锋等:热处理对聚丙烯动态力学性能的影响241

也有所不同。它们不再是一个单一的熔融峰,而在150℃附近有一个比较明显的吸热肩峰。这一事实,反映了热处理后试样的结晶形态的确发生了变化。将同样的样条在110℃经过不同的热处理时间后,再观察比较它们的DSC曲线,也得到了类似的结果,如Fig.5所示。从熔融峰的热焓计算在这两个温度时PP试样经热处理后的结晶度增量,它们与热处理时间的关系如Fig.6所示。对Fig.6中130℃和110

℃结线,如Fig.6所示。

显。130℃热处理12h,结晶度较未热处理的提高了23.8%;110℃热处理24h,其结晶度较未热处理的也提高了13.1%。另外,观察结晶度增量与热处理时间关系的变化趋势线,它们都有一峰值,130℃热处理约9h就达到该温度下结晶度增量的最大值,而110℃热处理约20h后才达到该温度下结晶度增量的最大值。130℃℃的要窄,表。

.和Fig.6,可见在热处理过程中,储存模量的变化与结晶度的变化是一致的。PP经热处理后力学性能的提高,是结晶重排和

进一步完善的结果。但是如果热处理时间过长,则可能出现高分子链中本身一些薄弱链节的解缠结,从而储存模量和结晶度又都有所下降。3　结论

Fig.5　DSCcurvesofheattreatmentPPwithdifferent

timeat110℃

●:PP2

00.001;□:PP11021.001;+:PP11024.001;○:PP11026.001;■:PP11028.001;(:PP110212.001;△:PP110222.001; :PP110236.001

经注射成型的PP试样,再在一定温度下进行热处理,成型过程中高分子结晶不完善的部分进一步完善,或者由于成型时的迅速冷却而未来得及结晶的链重新结晶,故在一定的热处理时间内它的结晶度有不同程度的提高,从而动态力学行为中的储存模量也随之增高。但是如果热处理时间过长,晶度和储存模量又都会下降。

参考文献:

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集(PreprintofChinaPolymerConference),2001:b2

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[3]　徐涛(XUTao),于洁(YUJie),金志浩(

JINZhi2

Fig.6　CrystallineincreaseofheattreatmentPPwith

differenttime

▲:130℃;■:110℃;——:trendine,130℃;2222:trendine,110℃

hao).贵州科学(GuizhouScience),1999,17(4):260.[4]　StephenZD,ChengLZ,ChristopherYL.高分子通报

(PolymerBulletin),1999(9):28.

(下转第245页。tobecontinuedonP.245)

由Fig.4可见,PP试样在这两种温度下热处理后,其结晶度都有所提高,而且经130℃热处理后结晶度的提高比110℃热处理的要明

　第5期陈　厚等:AN AA

共聚物热解反应表观活化能的计算245

DETERMINATIONOFAPPARENTACTIVATIONENERGYOFDEGRADATIONOFACRYLONITRILE ACRYLICACIDCOPOLYMERS

111CHENHou,LIUJun2shen,QURong2jun,122SUNYan2zhi,WANGCheng2guo,CAIHua2su

(1.CollegeofChemistryandMaterialsScience,YantaiNormal

University,Yantai264025,China;2.CollegeofMaterialsSandEngineering,ShandongUn,JABSTRACT:Differentialscanningcalorimofacrylonitrile acrylicacidcopolymerinairw.

activationenergyofdegradationof

copolymerswmethod.Effectofcopolymerizationconditionsontheapparentofcopolymerwasstudied.Itshowsthatwithanincreaseofdimethylsulfoxideconcentrationinsolventmixture,thedegradationapparentactivationenergyincreasesrapidly.

Theapparentactivationenergydropsquicklywiththecomononeracrylicacid

Theapparentactivationenergyalsoincreaseswiththe

concentrationrising,andsuchachangebecomeslessprominentasthemassratioofacrylicacid 95.acrylonitrilegoesbeyond5 copolymerizationtemperaturerising.

Keywords:acrylonitrile;degradation;apparentactivationenergy

(上接第241页。continuedfromp.241)

EFFECTSOFHEATTREATMENTONDYNAMICMECHANICAL

BEHAVIOROFINJECTEDPOLYPROPYLENE

11,2

XUEFeng,CHENGRong2shi

(1.CollegeofMaterialsScienceandEngineering,SouthChinaUniversityof

Technology,Guangzhou510640,China;2.CollegeofChemistry&Chemical

Engineering,NanjingUniversity,Nanjing210093,China)

ABSTRACT:Thestoragemodulusofpolypropyleneconsiderableincreasedafterheattreatment.Theeffectoftheheattreatmenttimeat110℃and130℃onthedynamicmechanicalbehaviorofaninjectedpolypropylenesamplewasstudied.TheincreaseofstoragemoduluswascausedbyincreasedcrystallinityasdemonstratedbyDSCmeasurementsforthesamesample.Butiftheheattreatmenttimewastoolong,thecrystallinityandthestoragemodulusweredecreasedbecauseofthedisentanglementofsomeweaklink.

Keywords:heattreatment;polypropylene;dynamicmechanicproperties;crystalline

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/whtj.html