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1、毕业设计（论文）题目：成核剂二(苯亚甲基)山梨醇及其含量对PP制品的晶体结构和力学性能的影响学生姓名： 系 别： 科院材工系 专 业： 高分子 学 号： 班 级： 指导老师： 摘要本课题采用差示扫描量热法分析了成核剂二（苯亚甲基）山梨醇对聚丙烯（PP）的结晶性能的影响，采用偏光显微镜观察了结晶尺寸大小的变化，并测试了聚丙烯的力学性能。结果表明：加入少量成核剂提高了聚丙烯的结晶温度和结晶度，且随着成核剂的添加，聚丙烯的球晶尺寸明显缩小，聚丙烯的拉伸强度也相应争强，当成核剂质量分数为0.4%时，拉伸强度最大，同时添加少量的成核剂可提高PP的弯曲强度。但是由于样品的结晶度明显增加，成为导致冲击性能较
2、为减弱的主要原因。关键词：聚丙烯；成核剂；结晶性能；力学性能ABSTRACTThis topic by differential scanning calorimetry analyzes the nucleating agent 2 (benzene methylene) sorbitol polypropylene (PP) on the crystallization of the influence of performance by using polarizing microscope crystallization of the size changes, and tests t
3、he polypropylene mechanics performance. The results show that the addition of a few nucleating agent improve the crystallization temperature and crystallinity of polypropylene, along with nucleating agent to add, PP spherulite decrease the size, the tensile strength of the polypropylene also raised
4、the corresponding, when alpha nucleating agent quality score is 0.4%, the largest tensile strength, and adding a few alpha nucleating agent can improve the PP bending strength. But because the sample, the crystallinity of increased significantly, the impact is to be the main reason for the performan
5、ce weakened.Keywords: polypropylene, nucleating agent, Crystal properties, Mechanical properties第一章 概述1.1课题背景及意义聚丙烯(PP)是当今发展最快的通用树脂品种之一，其原料来源丰富、价格低廉、成型性好。产品综合性能优良、应用范围广泛，涉及到我们生活的各个领域。然而与聚氯乙烯(PVC)、聚苯乙烯(PS)相比，聚丙烯的结晶速度较慢，易形成较大的球晶，制品光泽和透明性不好，成型收缩率较大，成型加工周期长，且缺乏固有的韧性，低温冲击性能差，这些都限制了它的进一步应用。因而聚丙烯的改性一直是学术界以
6、及产业界持续关注的热点【1-5】。 在聚丙烯中加入成核剂进行改性，提高聚丙烯的物性、加工性能和使用性能是比较常用的一种手段。成核剂是一种能够改变树脂部分结晶行为，提高制品透明度、刚性、表面光泽、抗冲击韧性和热变形温度，缩短制品成型周期，提高制品加工和应用性能的功能型化学助剂【6-7】。聚烯烃成核剂是一种通过改变树脂的结晶行为，加快结晶速率、增加结晶密度和促使晶粒尺寸微细化，达到缩短成型周期，提高制品透明性、表面光泽、抗拉强度、刚性、热变形温度、抗冲击性、抗蠕变性等物理机械性能的新功能助剂【12-14】。聚丙烯添加成核剂后，材料的透明性和光泽度提高，使产品可用于医用注射器、食品容器、文具及包装、
7、薄膜、板材等；成核剂还可提高材料的热变形温度，使得PP可用于制作透明热饮杯、微波炉炊具、婴儿奶瓶等【12-14】；成核剂可提高材料的韧性和抗冲击能力，使产品可用于家电、办公用品、汽车部件、薄膜和防腐材料等方面。可见，作为晶型高分子材料的改性助剂，成核剂能改变聚合物的微观形态而使聚合物具有新的特性和功能，从而扩展了应用范围，这是目前公认的聚合物的改性方法之一，也是当前国内外研发的热点【8-15】。1.2聚丙烯的发展及其应用聚丙烯是五大类通用塑料之一，由于其原料来源丰富、价格便宜、易于加工成型、产品综合性能优良，因此用途非常广泛，已成为通用树脂中发展最快的品种。尽管聚丙烯有众多优点，但是，聚丙烯也
8、存在一些不足之处。最大的缺点是耐寒性差，低温易脆断；其次是收缩率大，抗蠕变性差，制品尺寸稳定性差，容易产生翘曲变形。与传统工程塑料相比，聚丙烯还存在一些缺陷，如耐候性差，耐光、热及抗老化性差，亲水及抗静电性能差，涂饰、着色和粘合肄二次加工性能差，与其他极性聚合物和无机填料的相容性差。从而限制了聚丙烯的进一步应用。为了改进聚丙烯的性能，延长其使用寿命并扩大应用范围，需对聚丙烯进行改性。聚丙烯的高性能化、工程化、功能化是目前改性聚丙烯的主要研究方向。20世纪90年代以来高性能化的聚丙烯已成为材料家族中部分取代昂贵工程塑料的材料。尽管聚丙烯在各个领域的应用越来越扩大，对其进行改性从而使其产品更完善，
9、使用范围更广泛，依然是发展聚丙烯材料的主要方向。常见的聚丙烯材料大致可分为：(1)由单一丙烯单体聚合而成的聚丙烯(简称为均聚聚丙烯)；(2)耐冲击性能的聚丙烯(3)混合无机填料的刚性增强树脂；(4)添加了成核剂的可控结晶树脂；(5)添加了普通增韧荆的聚丙烯树脂。在聚丙烯材料生产过程当中，为了改善材料的某些性能，经常需要加入一定量的添加剂。如为了改善材料的颜色，需要加入各神颜料；为了消除材料的静电性能，要加入抗静电剂；在聚丙烯膜的生产中，为了便于膜层之间易分离需要加入抗粘连剂；聚丙烯最大的缺点之一是它的老化性能差，特别是抗紫外线性能差，因此生产过程中需要加入防老化剂。要使这些添加剂均匀地分散到聚
10、丙烯材料中，一般都要制成母料，在生产产品之前将这些母料按一定比例加入与主体塑料共混，然后一起进入加工机器中，只有这样才能使添加剂与主体塑料均匀混合，从而充分发挥它们地作用。添加合适的添加剂，改变聚丙烯的结晶行为、结晶形态、晶体结构，从而达到材料改性目的是近年来聚丙烯材料改性研究的一个重要方面。1.3聚丙烯的结晶聚丙烯是一种具有立体规整性的半结晶性高聚物，它的结晶形态可以有、和拟六方五种，其中和是两种常见的结晶形态。聚丙烯熔体冷却时，熔体中的某些有序区域开始形成尺寸很小的晶胚，晶胚长大到一定尺寸时，成为初始晶核，然后大分子的链端通过热运动，在晶核上重排，生成初始多层片晶，片晶逐渐向外展开生长，不
11、断分叉，经捆束状形式，最后形成充满空间的球状外形一初始球晶，初始球晶长大后就成为球晶。这就是球晶的形成过程。晶型属单斜晶系，是最常见的也是稳定性最好的晶型，在通常的加工条件下基本均生成晶型。晶型属六方晶系，是一种热力学不稳定而动力学准稳定的晶型，只能在特殊的情况下得到，如在剪切和压力下或加成核剂等。在聚丙烯的加工过程中，结晶只有在玻璃化温度与熔点温度之间才能进行，同时在此区间存在一个最大结晶速度，这是晶体成核速率与生长速率平衡的结果。冷却速度对结晶有重要影响，一般冷却速度快，生成球晶的尺寸小，冷却速度慢，则正相反。在成形过程中，熔体有可能受到应力的作用，应力有加速结晶的倾向，这是因为在应力的作
12、用下，大分子由于取向产生诱发成核的效果，使晶核的形成时间大大缩短、晶核数目增加。结晶温度高，球晶尺寸大，这是因为温度高，产生核困难，而生长速率快，球晶“发育”充分。另外，聚丙烯的等规度高，相应地结晶度就高，结晶速度也快；聚丙烯的分子量大，熔融指数(MI)低，分子链的活动性较差，结晶度就低，结晶速度也越慢；添加成核剂时，可提高聚丙烯的结晶度及结晶速度，降低球晶的直径。通过以上分析，可知材料的晶体结构形态是可控的。聚丙烯结晶对材料性能有重要的影响。结晶使聚丙烯分子链结合得更加紧密，结晶聚丙烯的一些力学性能和热性能将优于无规聚丙烯。一般说来，结晶度增加，聚丙烯的屈服强度、弹性模量、表面硬度也随之增加
13、，然而聚丙烯有可能随结晶度的提高而变脆，韧性降低；随着球晶尺寸的增大，球晶与球晶由于收缩而产生的微裂纹增大，聚丙烯材料也将变脆。1.4聚丙烯改性方法为了获得满意的应用性能，有必要对聚丙烯进行改性。其改性方法主要有三种：化学改性，共混改性和成核剂改性【16-18】。化学改性是指通过聚丙烯分子链中引入其它组分或侧基来改变化学结构，从而提高其抗冲击、耐热和耐老化等性能。常用化学改性手段包括与乙烯共聚生成乙丙共聚物以增加透明性，并提高韧性和抗冲击强度。与极性单体马来酸酐，丙烯酸等接枝共聚来改善粘结性和着色性；加引发剂或辐照产生交联结构，提高力学性能和耐热性能；通过氯化反应工艺制各氯化聚丙烯，后者在粘结
14、剂领域起着重要作用。共混改性指通过在聚丙烯基体中加入添加剂，助剂或其它高分子，共混制得具有特殊性能的材料。主要包括填充改性、功能化改性等。如：添加碳酸钙、石灰石、滑石粉、二氧化钛、云母等无机物可以提高刚性，改善耐热性和光泽度；添加纤维材料能增强抗张强度：添加阻燃剂，抗静电剂等可使聚丙烯具有阻燃、抗静电性能。聚丙烯与乙烯一醋酸乙烯共聚物，顺丁橡胶、乙丙橡胶，三元乙丙橡胶等热塑性弹性体共混可大大提高缺口冲击强度和低温韧性。成核剂改性指在聚丙烯基体中添加适当的成核剂，以改变聚丙烯的结晶行为、结晶速率、结晶形态以及结晶结构，从而达到材料改性的目的。这是近年来聚丙烯材料改性研究的一个重要方面。1.5成核
15、剂作为聚丙烯高性能的成核剂必须具备的条件是：（1）成核剂应可以被聚合物润湿或吸附),（2）成核剂应溶于聚合物,（3）成核剂的熔点应高于相应的聚合物),（4）成核剂应能够以细微的方式（110m）均匀分散于聚合物熔体中。在聚丙烯的结晶温度下为微晶体，可成为聚丙烯结晶的外加晶核，成核剂晶粒的晶面有快速吸收聚丙烯链段并很快形成晶核的能力。即要求成核剂与聚丙烯的相容性好，熔点高，促进晶核形成的能力强。PP成核剂的种类很多，按照PP结晶形态可分为成核剂和成核剂。成核剂研究的历史较短，是PP成核剂开发的新领域;通常所说的成核剂是指成核剂。聚丙烯成核剂从化学结构上可分为无机类与有机类。有机类为磷酸金属盐、羧酸金属盐和山梨醇衍生物及高分子类型等；无机类为各种填料、研究与应用得最多的是滑石粉、云母等。1.5.1成核剂种类晶型成核剂通过改变聚丙烯的结晶行为都能程度不同地提高聚丙烯的刚性、拉伸强度、热变形温度、透明性和表面光泽等，不同结构的品种在结晶改性中所表现出来的效果并不完全一致。从应用角度出发，晶型成核剂可以分为通用型、透明型和增刚型三种。 通用型成核剂：
