综合实验 1-挤出注塑PE/PP 挤出造粒 注塑成型拉伸性能冲击性能弯曲性能熔体流动速率仪高分子加工高分子物理高分子加工高分子加工高分子加工高分子加工热变形维卡软化点温度测定高分子物理三元乙丙橡胶/聚丙烯共混改性及其挤出造粒一、实验目的要求1. 聚烯烃改性的基本原理和方法2. 认识 EPDM 对聚丙烯的增韧改性3. 理解双螺杆挤出机的基本工作原理，学习挤出机的操作方法4. 了解聚烯烃挤出的基本程序和参数设置原理二、实验原理2-1． 聚丙烯及 EPDM（一） 聚丙烯（1）. 聚丙烯的品种以丙烯聚合而得到的聚合物称为聚丙烯．聚丙烯颗粒外观为白色蜡状物透明性也较好它易燃，燃烧时熔融滴落并发出石油气味比聚乙烯更轻大多数工业聚丙烯是仅由丙烯一种单体聚合而得到的、即为均聚聚丙烯有时为了满足各种性能需要，在聚丙烯合成过程中，常引入少量乙烯单体(或丁烯－1、己烯—1 等) 进行共聚，得到共聚聚丙烯共聚聚丙烯中最重要的是乙烯与丙烯的共聚物2）. 聚丙烯的性能工业聚丙烯结晶性好，其结晶度一般为 50％一 70％、有时可达 80％结晶性越好，密度越大聚丙烯的密度一般为0．90— 0．918 g／cm 3。
工业聚丙烯的熔点为 164 一 170℃，与聚乙烯相比，有较好的耐热性，其制品能耐 100 ℃以上的温度，耐寒性较差，脆化温度高低温使用温度极限一般为一 20℃到一 15℃实际上在 0℃附近，聚丙烯就显得有点发脆聚丙烯的拉伸强度、屈服强度、刚性、硬度都较聚乙烯高聚丙烯的电气性能与聚乙烯相似有优良的电绝缘性聚丙烯的基本化学性能与聚乙烯相似．对大多数介质稳定无机酸、碱或盐的溶液，除具有强氧化性者外，在 100℃以下对它几乎无破坏作用室温下任何液体对聚丙烯不发生溶解作用聚丙烯对氧很敏感，易发生热氧老化和光氧老化，老化速度比聚乙烯快得多铜离子对聚丙烯的老化有强烈的催化作用聚丙烯的加工温度一般为 210 一 250℃过高的温度或过长的受热时间．会由于热降解而使分子量明显下降，而引起性能变劣聚丙烯急待克服的缺点为：成型收缩串较大，低温易脆裂，酌磨性不足，热变形温度不高，耐光性差，不易染色等通过共混对聚丙烯改性获得显著成效，例如聚丙烯与乙—丙共聚物、聚异丁烯、聚丁二烯等共混均可改善其低温脆裂性，提高抗冲强度；与尼龙共混不仅增加韧性而且使耐磨性、耐热性、染色性获得改善，与乙烯—醋酸乙烯共聚物共混在提高抗冲强度的同时，改进了加工性、印刷性、耐应力开裂性。
聚丙烯的共混改性普遍采用机械共混法，近年来，聚丙烯用嵌段共聚—共混法改性得到发展与重视，该法已用于聚丙烯／聚乙烯、聚丙烯／乙—丙共聚物等共混物的制品，并有取代机械共混法的趋势二）EPDM(1). EPDM 的定义乙烯(质量百分数 45%~70%)、丙烯(质量百分数 30%~40%)和双烯第三单体( 质量百分数 1%~3%)形成的无规共聚物第三单体通常为双环戊二烯、1，4-己二烯或 2-亚乙基降冰片烯1963 年开始商业化生产每年全世界的消费量是 80 万吨EPDM 最主要的特性就是其优越的耐氧化、抗臭氧和抗侵蚀的能力由于三元乙丙橡胶属于聚烯烃家族，它具有极好的硫化特性在所有橡胶当中，EPDM 具有最低的比重它能吸收大量的填料和油而影响特性不大因此可以制作成本低廉的橡胶化合物2). EPDM 的特性低密度高填充性：乙丙橡胶的密度是较低的一种橡胶，其密度为 0.87加之可大量充油和加入填充剂，因而可降低橡胶制品 的成本，弥补了乙丙橡胶生胶价格高的缺点，并且对高门尼值的乙丙橡胶来说，高填充后物理机械能降低幅度不大耐老化性：乙丙橡胶有优异的耐天候、耐臭氧、耐热、耐酸碱、耐水蒸汽、颜色稳定性、电性能、充油性及常温流动性。
乙丙橡胶制品在 120℃下可长期使用，在 150- 200℃下可短暂或间歇使用加入适宜防老剂可提高其使用温度以过氧化物交联的三元乙丙橡胶可在苛刻的条件下使用三元乙丙橡胶在臭氧浓度 50pphm、拉伸 30%的条件下，可达 150h 以上不龟裂耐腐蚀性：由于乙丙橡胶缺乏极性，不饱和度低，因而对各种极性化学品如醇、酸、碱、氧化剂、制冷剂、洗涤剂、动植物油、酮和脂等均有较好的抗耐性；但在脂属和芳属溶剂（如汽油、苯等）及矿物油中稳定性较差在浓酸长期作用下性能也要下降在 ISO/TO 7620 中汇集了近 400 种具有腐蚀性的气态和液态化学品对各种橡胶性能作用的资料，并规定了 1-4 级表示其作用程度,腐蚀性化学品对橡胶性能的影响:等级 体积 溶胀率/% 硬度降低值 对性能影响1 60 >30 严重耐水蒸汽性能：乙丙橡胶有优异的耐水蒸汽性能并估优于其耐热性在 230℃过热蒸汽中，近 100h 后外观无变化而氟橡胶、硅橡胶、氟硅橡胶、丁基橡胶、丁腈橡胶、天然橡胶在同样条件下，经历较短时间外观发生明显劣化现象 耐过热水性能：乙丙橡胶耐过热水性能亦较好，但与所有硫化系统密切相关以二硫化二吗啡啉、TMTD 为硫化系统的乙丙橡胶，在 125℃过热水中浸泡 15个月后，力学性能变化甚小，体积膨胀率仅 0.3%。
电性能：乙丙橡胶具有优异的电绝缘性能和耐电晕性，电性能优于或接近于丁苯橡胶、氯磺化聚乙烯、聚乙烯和交联聚乙烯弹性：由于乙丙橡胶分子结构中无极性取代基，分子内聚能低，分子链可在较宽范围内保持柔顺性，仅次于天然橡胶和顺丁橡胶，并在低温下仍能保持粘接性：乙丙橡胶由于分子结构缺少活性基团，内聚能低，加上胶料易于喷霜，自粘性和互粘性很差3). EPDM 的改良品种三元乙丙和三元乙丙橡胶从 20 世纪 50 年代末，60 年代初开发成功以来，世界上又出现了多种改性乙丙橡胶和热塑性乙丙橡胶（如EPDM/PE） ，从而为乙丙橡胶的广泛应用提供了众多的品种和品级改性乙丙橡胶主要是将乙丙橡胶进行溴化、氯化、磺化、顺酐化、马来酸酐化、有机硅改性、尼龙改性等乙丙橡胶还有接枝丙烯腈、丙烯酸酯等多年来，采用共混、共聚、填充、接枝、增强和分子复合等手段，获得了许多综合性能好的高分子材料乙丙橡胶通过改性，也在性能方面获得很大的改善，从而扩大了乙丙橡胶应用范围溴化乙丙橡胶是在开炼机上以经溴化剂处理而成溴化后乙丙橡胶可提高其硫化速度和粘合性能，但机械强度下降，因而溴化乙丙橡胶仅适用于作乙丙橡胶与其他橡胶粘合的中介层 氯化乙丙橡胶是将氯气通过三元乙丙橡胶溶液中而制成。
乙丙橡胶氯化后可提高硫化速度以及与不饱和商榷的相容性，耐燃性、耐油性，粘合性能也所改善磺化乙丙橡胶是将三元乙丙橡胶溶于溶剂中，经磺化剂胶中和剂处理而成磺化乙丙橡胶由于具有热塑性弹性体的体质和良好的粘着性能，在胶粘剂 、涂覆织物、建筑防水瘦肉、防腐衬里等方面将得到广泛的应用丙烯腈接枝的乙丙橡胶以甲苯为溶剂，过氯化苯甲醇为引发剂，在 80℃下使丙烯腈接枝于乙丙橡胶丙烯腈改性乙丙橡胶不但保留了乙丙橡胶耐腐蚀性，而且获得了相当于丁腈-26 的耐油性，具有较好的物理机械性能和加工性能热塑性乙丙橡胶（EPDM/PP）是以三元乙丙橡胶为主体与聚丙烯进行混炼同时使乙丙橡胶达到预期交联程度的产物化不但在性能上仍保留乙丙橡胶所固有的特性，而且还具有显著的热塑性塑料的注射、挤出、吹塑及压延成型的工艺性能三）聚丙烯与 EPDM 的共混增韧聚丙烯作为世界上五大通用塑料之一，它的应用时非常广泛的，然而，纯的聚丙烯抗冲击能力是很差的，也就是说它是非韧性材料，而在不同的工程应用中韧性是影响聚合物工作情况的关键因素因此，聚丙烯无法作为工程塑料来使用但是，如果聚丙烯经过增韧改性以后，其增韧会得到显著的增加，完全可以作为适用于各行各业的工程塑料使用，针对聚丙烯冲击韧性差的缺点，主要是在聚丙烯中加入玻璃化温度低，分子链柔顺的弹性体。
对于聚丙烯增韧，研究较多的是用橡胶增韧聚丙烯，尤其是用乙丙橡胶来改性聚丙烯，要控制的参数较多有些产品的质量不能满足人们的需求，而采用共混的方法，其冲击韧性提高显著，制造工艺相对简单易行2-2． 聚合物共混物的界面层两种聚合物的共混物中存在三种区域结构，聚合物各自独立的相和这两相之间的界面层界面层亦称为过渡区，在此区域发生两相的粘合和两种聚合物链段之间的相互扩做界面层的结构，特别是两种聚合物之间的粘合强度常对共混物的性质，特别是力学性能有决定性的影响一）. 界面层的形成聚合物共混物界面层的形成可分为两个步骤第一步是分别由两种聚合物组分所构成的两个相之间的接触；第二步是两种聚合物大分子链段之间的相互扩散增加两相之间的接触面积无疑有利于两种大分子链段之间的相互扩散、增加两相之间的粘合力因此，在共混过程中，保证两相之间的高度分散、适当地减小相畴的尺寸是十分重要的两种大分子链段之间的相互扩散的程度主要决定于两种聚合物之间的混溶性正是这种相互扩散的程度决定了共混物两相之间的粘合强度当两种聚合物相互接触时，在相界面处两种聚合物大分子链段之间有明显的相互扩散若两相中聚合物大分于有相近的活动性，则两种大分于的链段就以相近的速度相互扩散；当两相中聚合物大分子链段的活动性差别很大，则发生单向的扩散。
这种扩散作用的推动力是混合熵，换言之，是链段的热运动若混合热为正值，则熵的增加最终为混合热所抵消扩散的结果，使得两种聚合物在相界面两边产生了明显的浓度梯度，如图所示相界面以及相界面两边具有明显的浓度梯度的区域构成了两相之间的界面层，或称为过渡区两种聚合物相互扩散的深度，即界面层的厚度主要决定于两种聚合物的混溶性完全不混溶的聚合物，链段之间只有轻微程度的相互扩散，因而两相之间有非常明显和确定的相界面随着两种聚合物混溶性的增加，扩散程度提高，相界面越来越模糊，界面层厚度越来越大，两相之间的粘合也越来越强完全混溶的两种聚合物则最终形成均相，相界面完全消失在一般情况下，界面层的厚度约为数百 Å，当相畴很小时，界面层的体积可占相当大的比例例如，当分散相为 1μm 左右时，界面层可达总体积的 20％在界面层，聚合物的形态结构不同于在本体相的形态结构不同的聚合物共混物其界面层的厚度和界面层的结构也不同二） 界面层的结构和性质所谓界面层的结构，主要指的是在界面层两种聚合物之间粘合力的性质、界面层的组成、界面层的厚度所谓界面层的性质，主要是指界面层的稳定性就两相之间粘合力的性质而言，界面层有两种基本类型。
第一类是两相之间存在化学键，例如接枝共聚物、嵌段共聚物等第二类是两相之间无化学键，例如一般的机械共混物、互贯聚合物网络(1PN)等对于两相之间无化学键的共混体系，例如机械共混物，同样适用上述原则两组分之间的混溶性越大，则界面层厚度越大，界面越弥散此外尚需考虑两相之间的粘合强度要使两相之间有足够大的粘合作用，首先必须两相之间有良好的接触和相互之间的润湿作用，其次两种聚合物之间还必须有一定的混溶性以实现两种聚合物链段间的相互扩散常常用两种聚合物之间的界面张力来衡量上述两种情况界面张力越小，两相之间的润湿和接触越好，两种链段之间越容易相互扩散，两相之间的粘合强度也越大一般而言，两种聚合物之间大那是不混溶的这本来并不成问题，因为我们所需要的多半正是两相结构的共混物问题是，这往往导致界面张力过大和两相之间的粘合强度过低由于界面张力大，加之聚合物熔体的高粘度，这就往往难于实现所要求的分散程度，并且会在加工和使用过程中出现分层现象粘合强度不足，会使共混物的性能特别是力学性能大幅度下降，因为两相之间结合力小时就不能有效地在两相之间传递和分配负荷为此，可在共混体系中加入相容剂来降低两相之间的界面张力，提高两相的粘合力，所谓相容剂（增容剂、增混剂、共混剂）就是与两种聚合物组分都有较好相容性，可增加两相之间粘合力的物质，其作用与胶体化学中的乳化剂相当。
就增加两相之间的粘合强度和提高产品而言，增混剂很类似于复合聚合物材。