微孔的存在對微發(fā)泡聚烯烴材料力學(xué)性能的影響

第30卷第3期貴州師范大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)Vol 30. No. 32012年5月Journal of Guizhou normal University( Natural SciencesMay 2012文章編號:1004-5570(2012)03-0084-05微孔的存在對微發(fā)泡聚烯烴材料力學(xué)性能的影響龔維2,李宏,何穎,張純2,何力2(1.貴州師范大學(xué)村料與建筑學(xué)院,貴州貴陽(yáng)550014;2.國家復合改性聚合物材料工程技術(shù)研究中心,貴州貴陽(yáng)550014)摘要:選用典型聚合物材料PP(T30S)、PP(K9026)、HDPE為研究對象,在二次開(kāi)模條件下制備微發(fā)泡聚烯烴材料;通過(guò)建立理論經(jīng)驗公式,分析了微孔存在時(shí),材料本征特性對微發(fā)泡聚烯烴材料力學(xué)性能的影響規律。結果表明:微孔引入材料中后比剛度增加,拉伸強度出現不同程度的降低;本征拉伸強度越高的材料,引入微孔后比剛度值增加越大,而拉伸強度下降比例越大;本征拉伸強度越低的材料,引人微孔以后比剛度值增加越小,拉伸強度下降比例越小;經(jīng)驗公式的預測結果能很好的反映微發(fā)泡聚合物材料力學(xué)性能的變化規律關(guān)鍵詞:聚烯烴;拉伸強度;微發(fā)泡;本征特性中圖分類(lèi)號:TQ325.14文獻標識碼:AEffect of microcell on mechanical properties for foam polypropyleneGONG Wei , LI Hong, HE Ying, ZHANG Chun, HE Li(1. School of Material and Building Engineering, Guizhou Normal University, GuiyangGuizhou 550014, China; 2. National Engineering Research Center for Compoundingand Modification Polymeric Materials, Guiyang, Guizhou 550014, China)Abstract By taking a typical polymer materials PP T30S), PP(K9026), HDPE as the research objectthe microcellular foam Polyolefin was made under the condition of twice-open mold. Physical andmathematical models were established, effect law of Microcell on mechanical properties in Foam Polylefin materials was analyzed. The results showed that tensile strength of microcellular foam Polyolefinshowed the different proportion reduce, and specific stiffness get produce. The bigger intrinsic tensilestrength, the larger the rate of decreased of tensile strength in microcellular foam Polyolefin, the smaller intrinsic tensile strength, the smaller the rate of decreased of tensile strength in microcellular foamPolyolefin. The prediction results of empirical formula can good reflect change law of tensile strength inmicrocellular foam PolyolefinKey words: Polyolefin; tensile strength; microcellular foam; original characteristi收稿日期:2012-01-20中國煤化工基金項目:貴州省工業(yè)攻關(guān)項目黔科合GY字(2011)3011CNMHG作者簡(jiǎn)介:龔維(1974-),男,副教授,博土主要研究方向:高分子結構與性能。*通訊作者:何力,男,教授,博土生導師,主要研究方向:高分子結構與性能,E-ml:Prclihel@163.com第3期龔維,李宏,何穎,張純,何力:微孔的存在對微發(fā)泡聚烯烴材料力學(xué)性能的影響微發(fā)泡材料具有質(zhì)輕、比強度高、隔熱、隔音5的配方,運用二次開(kāi)模注塑成型方法于CJ80m3v好、抗震能力強等優(yōu)點(diǎn)。但泡孔尺寸較大,受力時(shí)注射機上制備標準的啞鈴型發(fā)泡測試試樣。其注常常成為泡體裂紋的發(fā)源地,降低材料的力學(xué)性塑工藝為:溫度170℃,注塑速度95%,注塑壓力能13。因此,在降低材料成本的基礎上,提高微45Mpa,注塑時(shí)間35s發(fā)泡材料的綜合力學(xué)性能普便受到研究者的關(guān)注。1.3測試與表征Zhang等結合前人提出的各種發(fā)泡材料模型以13.1掃描電子顯微鏡(SEM)觀(guān)察及經(jīng)驗公式,研究了高密度聚乙烯泡沫的拉伸性能將微發(fā)泡樣品在液氮溫度下深冷3h后,取出與結構之間的關(guān)系。發(fā)現發(fā)泡聚乙烯隨著(zhù)材料密迅速沖斷斷口表面噴金后在KYKY-2800B掃描度的增加拉伸模量遞增,其關(guān)系接近二次冪關(guān)系。電子顯微鏡下觀(guān)察并拍照。發(fā)泡倍率和泡孔直徑Doroudiani1研究了相同發(fā)泡材料密度、不同泡孔分別通過(guò)公式(1)、(2)計算:大小發(fā)泡聚苯乙烯的相對拉伸強度與泡孔大小之間的關(guān)系。結果表明:相對拉伸強度對發(fā)泡材料的泡孔大小不敏感隨著(zhù)泡孔大小的增大,相對拉伸D=∑D(2)強度略有減小。兩個(gè)結果進(jìn)行比較,對于發(fā)泡聚苯乙烯體系,影響拉伸強度的最主要因素是發(fā)泡材料式中:V-發(fā)泡材料的發(fā)泡倍率;p-發(fā)泡樣品的密度(g/cm3);p-未發(fā)泡樣品的密度(g/cm3);的密度。MarA等人通過(guò)研究高分子材料中的D一泡孔的平均尺寸(μm)添加劑發(fā)現,當添加劑的尺寸在微米級,且小于高1.3.2力學(xué)性能的測試分子材料中的臨界孔隙尺寸時(shí),能有效的提高材料將標準啞鈴型芯層發(fā)泡聚丙烯復合材料和未的力學(xué)性能微米級泡孔引入基材也能產(chǎn)生同樣的發(fā)泡聚丙烯復合材料樣條在恒溫箱中(溫度23℃)效果,從而達到既降低成本又能提高性能的雙重放置24h,在WDW-10c型微機控制電子萬(wàn)能實(shí)效果。但是,未見(jiàn)材料的本征特性對微發(fā)泡聚合物驗機上進(jìn)行力學(xué)性能測試測試溫度23℃,拉伸測材料拉伸性能影響的研究報道。試的夾頭移動(dòng)速度為50mm/min,彎曲試驗夾頭移本文以填充增強理論為基礎,從材料的本征特動(dòng)速度為2mm/min,每組試樣測試5次,拉伸和彎性方面,分析了微孔存在時(shí)本征特性對微發(fā)泡聚烯曲強度結果分別取5根試樣的平均值。烴材料微觀(guān)結構和力學(xué)性能的影響機理,并通過(guò)建1.3.2密度的測試立經(jīng)驗公式進(jìn)行預測,其預測結果與宏觀(guān)性能有很密度按照GB1033-86的方法測定。將標準好的重現性,為其他聚合物材料的發(fā)泡提供理論指的啞鈴型芯層發(fā)泡樣條于恒溫箱中在23℃條件下導保溫24h,運用去離子水于電子天平上測試其表觀(guān)密度;每次測試前用溫度計量取去離子水溫度,以實(shí)驗部分減小系統誤差;每組樣條測試5~8根,取平均值即可。1.1原料與助劑P(30s)、PP(K906),工業(yè)級,北京燕山石2結果與討論化股份有限公司;HDPE(5200B),中國石油化工股份有限公司;發(fā)泡母粒、助劑母粒,自制;馬來(lái)2.1微孔對聚烯烴材料拉伸強度的影響酸酐接枝PP(MPP),寧波能之光新材料科技有限圖1為泡孔對聚合物材料拉伸強度的影響;圖公司2是典型三種微孔發(fā)泡材料的泡孔結構圖1.2樣品制備從圖1可V中國煤化工料中其拉1.2.1微發(fā)泡PP材料的制備伸強度總是下CNMHG發(fā)泡材料將PP(T30S)、PP(K9026)、HDPE(520B)三相比,發(fā)泡材料的有效承載面積減小,因而拉伸強種材料,分別與發(fā)泡母粒、發(fā)泡助劑母粒按85:10:度整體下降;對聚丙烯(T30S),未發(fā)泡材料拉伸強中國煤化工CNMHG第3期龔維,李宏,何穎,張純,何力:微孔的存在對微發(fā)泡聚烯烴材料力學(xué)性能的影響(a未發(fā)泡材料;b發(fā)泡材料)圖5微發(fā)泡材料拉伸過(guò)程示意圖PLOSHDPEFig 5 Diagrammatic sketch of cracks inmicrocellular foam Polyolefin materials圖6微發(fā)泡聚烯烴材料的比剛度變化圖5是發(fā)泡聚烯烴材料的拉伸示意圖,從圖Fig 6 Specific stiffness change of microcellular可知,對未發(fā)泡的連續介質(zhì)聚合物材料,設原始拉foam Polyolefin materials伸強度為∞;對于圖b材料中引入微孔后由于有后其比剛度比未發(fā)泡材料的高;對于聚丙烯效承載面積減小將導致拉伸強度下降,其數值設為(T30s),未發(fā)泡材料比剛度為42.91,而發(fā)泡材料因此,微孔發(fā)泡聚合物材料的拉伸強度可表述的比剛度則增大到49.87,凈增加達6.69;對高密為度聚乙烯,未發(fā)泡材料比剛度為20.97,而發(fā)泡材0-G1+o2(3)料的比剛度則增大到25.16,凈增加達4.19;對聚根據公式(3),當a2>a1時(shí),微孔對拉伸強度烯(K9026)未發(fā)泡材料比剛度為16.21,而發(fā)泡的貢獻能補償有效承載面積降低導致強度損失,發(fā)材料的比剛度則增大到19.21,凈增加達到3。因泡后材料的拉伸強度提高;σ2<σ時(shí),微孔發(fā)泡此本征強度越高的材料發(fā)泡后其比剛度凈增加將會(huì )導致材料拉伸強度的降低。值越大。主要是因為聚丙烯(T30S)和高密度聚乙對PP(T30S)本征拉伸強度o較大為烯具有較好的發(fā)泡質(zhì)量泡孔尺寸較小(圖2所326MPa,引入微孔后發(fā)泡倍率為15%,則有效承示),大量小的泡孔能有效的起到抗彎曲變形的能載面積導致拉伸強度的降低數值為32.6×15%=力;同時(shí)還與分子量相互纏結的程度有關(guān),纏結程474MPa,而微孔能提高的拉伸強度僅為.MPa;度越高導致材料的彎曲強度越大;在三種討論的聚因此引入微孔后拉伸強度降低最多。而HDPE聚烯烴材料中聚丙烯(T30S)分子量相互纏結的程合物材料本征拉伸強度a為2.8MPa,有效承載度最高,彎曲強度最大;高密度聚乙烯次之;聚丙烯面積導致拉伸強度的降低數值為228×15%=(K9026)的彎曲強度最小。而三種材料發(fā)泡倍率3.42MPa,而微孔能提高的拉伸強度僅為基本相等的條件下,由于以上兩方面的原因將會(huì )導1.0MPa9;因此,引入微孔后拉伸強度降低比例次致圖6中發(fā)泡材料比剛度的變化規律。之。PP(K9026)由于在三種材料中本征拉伸強度o最小為168M,因而a1相應較小為252MPa;3結論但是比微孔提高的拉伸強度σ2要大,而且PP(K9026)得的發(fā)泡質(zhì)量較差(見(jiàn)圖2所示),泡孔尺微孔引入PP(T30S)、HDE、PP(K9026)材料寸較大,微孔對拉伸強度的貢獻值a2只有中,同未發(fā)泡材料比較比剛度增加拉伸強度出現0.6MPa,因此,微孔引人后其拉伸強度出現降低。不同程度的降低;本征拉伸強度越高的材料,引人所以,通過(guò)公式(3)的討論可知,本征拉伸強度越微孔以后比剛度凈增加值越大拉伸強度下降比例大的材料引入微孔后強度下降比例越大,更好預越大;本征拉V山中國煤化工數孔以后比測到圖1中拉伸強度的變化規律。剛度凈增加值CNMHG越小,同時(shí)22微孔對聚烯烴材料比剛度的影響與材料的發(fā)泡質(zhì)量密切相關(guān);經(jīng)驗公式的預測結果從圖6中可以看出,不論是哪一類(lèi)材料,發(fā)泡能很好的反映微發(fā)泡聚合物材料拉伸強度的變化貴州師范大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)第30卷規律,為發(fā)泡聚合物材料的力學(xué)行為和實(shí)際生產(chǎn)提5] Y L Zhang, D Rodrigue,AAit-Kad. High-density poly供理論指導mer Science,2003,90:2120-2129參考文獻:[6]MARC A, JACOBS. Foam processing of poly (ethylene-co-[1]R Dubios, S Karande. The use of ethylene/styrene inter-vin acetate)rubberoxidepolymers in crosslinked foams for the footwear industry[J]. Polymer,2004,45(2):7539-7546[J]. Journal of Cellular Plastics, 2002, 38(3): 119-161[7]龔維,何力,高家誡,于杰,何穎.聚丙烯微孔發(fā)泡材料[2]K Taki, T Murakami, M Ohshima. Experimental studies on發(fā)泡助劑的研究[J].重慶大學(xué)學(xué)報:自然科學(xué)版he effects of pressure release rate on number density of2009,32(2):181-186bubbles and bubble growth in a polymeric foaming process[8] W Gong, J C Gao, M Jiang, J Yu, L He Modeling and[J]. Chemical Engineering Science, 2008, 63(14 ): 2643Characterization of the relationship between Cell Size and2655Mechanical Behavior of Microcellular PP/Mica Composites3]L Chen, K Blizard, R Strsff, etal. Effect of filler size on cell[J]. 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