聚丙烯改性复合材料的低光泽度研究

王伟其 任淑亭

1上海天原集团有限公司（上海 200241）2山东道恩高分子材料股份有限公司（山东烟台 264600）

聚丙烯（PP）是丙烯通过加聚反应而成的聚合物。系白色蜡状材料，外观透明且质轻。化学式为（C3H6）n，密度为0.89～0.91 g/cm3，易燃，熔点为189℃，在155℃左右软化，使用温度范围为-30～140℃。在80℃以下能耐酸、碱、盐液及多种有机溶剂的腐蚀，能在高温和氧化作用下分解。聚丙烯广泛应用于服装、毛毯等纤维制品、医疗器械、汽车、自行车、零件、输送管道、化工容器等生产，也用于食品、药品包装。为了适应各个领域对聚丙烯材料的性能要求，在工业生产中常常对聚丙烯进行改性。改性方法分为化学改性与物理改性，其中化学改性有共聚改性、接枝改性和交联改性；物理改性有填充改性、共混改性和增强改性。针对不同的性能要求，选择合适的改性方式得到的复合材料能应对各种条件下对材料的性能要求。

随着人们生活质量的提高和工业水平的发展，对材料的性能提出更多的要求。特别是在汽车行业蓬勃发展的今天，汽车企业之间竞争日益激烈，开发出性价比高的汽车成为影响企业发展的重大因素。聚丙烯材料是原料易得、性价比高且在汽车上用量最大的材料，因此，如何开发低光泽的聚丙烯材料降低整车的塑料感，从而提升汽车内饰的感官质量，成为汽车企业和原材料供应商需要共同攻克的难题之一。通过对改性PP复合材料各组分进行对照试验，筛选实验结果，总结实验规律，为制备不同光泽度要求的改性聚丙烯材料的配方设计提供指导。

1 实验部分

1.1 实验原料

均聚聚丙烯（PP 1～3）、共聚聚丙烯（PP 4～14），中国石油化工股份有限公司。1 000目滑石粉（平均粒径为13μm），Talc 1～3；2 000目滑石粉（平均粒径为6.5μm），Talc 4～6；3 000目滑石粉（平均粒径为4.3μm），Talc 7～10：旭丰粉体原料有限公司。聚烯烃弹性体POE 1～7，韩国LG化学公司、SK集团、陶氏化学公司。黑色母1～3，青岛润兴塑料新材料有限公司。抗氧剂1～2，利安隆（中卫）新材料有限公司。润滑剂，巴斯夫股份公司。

1.2 仪器与设备

MT536双螺杆挤出机，江苏美芝隆机械有限公司；UN320SK注塑机，伊之密精密机械股份有限公司；KSJ MG268-F2光泽度测试仪，泉州科仕佳光电仪器有限公司。

1.3 试样制备

将PP主料、滑石粉、POE、黑色母及助剂按一定比例混合，经高混机混合均匀，双螺杆各段温度为190～220℃，螺杆转速300 r/min，在一定进料速率下将物料挤出、拉条，经水冷切粒，得到改性PP料粒。将所得到的改性PP料粒在80～85℃下干燥4 h后，用注塑机在190～200℃下注塑成YUKON皮纹板。皮纹板放置24 h后，采用光泽度测试仪对其皮纹面进行测试。

1.4 性能测试

每个样品取3块皮纹板，在每块皮纹板上取3个点，采用入射角为60°测试光泽度，记录数据，取平均值。

2 结果与讨论

2.1 PP结晶度与光泽度的关系

将不同型号的PP原料与同一黑色母混合挤出造粒，经过注塑机注塑得到YUKON皮纹板，用光泽度仪测试数据，取平均值，并采用差示扫描量热法（DSC）测试不同型号PP的结晶度，结果如表1和图1所示。

表1 不同型号PP的结晶度及光泽度

图1 不同型号PP结晶度与光泽度的曲线拟合图

从表1可以看出，均聚PP的光泽度整体比共聚PP高，可解释为均聚PP的结晶度比共聚PP高，更高的结晶度导致了更为规整的分子排列，从而材料表面更利于反射光线，得到更高的光泽度。由此，可得出降低材料结晶度可降低光泽度的结论。综合不同型号PP的其他性能，选用共聚PP13作为下一步实验的PP主料。

从图1可以看出，结晶度与光泽度的散点图大致呈线性关系，对散点图进行线性拟合，得到线性方程：

其中：y代表光泽度，x代表结晶度。

2.2 滑石粉对光泽度的影响

2.2.1 添加不同目数的滑石粉对光泽度的影响

将共聚聚丙烯PP13、不同型号及目数的滑石粉按80∶20的比例与同一黑色母混合挤出造粒，经过注塑机注塑得到YUKON皮纹板，测试光泽度和力学性能，结果如表2所示。

表2 PP13与不同目数及型号滑石粉配比材料的光泽度及力学性能

从表2可以看出，加入滑石粉可大幅度降低复合材料的光泽度，且滑石粉目数对降低光泽度没有太大影响。这是因为加入填充材料大幅度降低了材料的结晶度，导致光泽度降低。加入滑石粉的改性材料与原材料相比，拉伸强度基本保持不变，弯曲强度略有提高，但冲击强度减半。同时，滑石粉还能起到降低成本的作用。综合考虑，选用Talc9作为后续实验的滑石粉填充材料。

2.2.2 添加不同份数滑石粉对光泽度的影响

将共聚聚丙烯PP13、不同份数的滑石粉按95∶5，90∶10，80∶20，70∶30比例与同一黑色母混合挤出造粒，经过注塑机注塑得到YUKON皮纹板，测试光泽度和力学性能，结果如表3所示。

表3 PP13与不同份数Talc9配比材料的光泽度及力学性能

从表3可以看出，随着Talc9添加份数的增加，材料的光泽度呈下降趋势，且材料的拉伸强度增加、弯曲强度增加、冲击强度降低。这是因为随着滑石粉份数的增加，材料的结晶度降低、光泽度降低，且材料的强度增加、韧性降低，表现为拉伸强度增加、弯曲强度增加、冲击强度降低。

2.3 POE对光泽度的影响

2.3.1 添加不同型号的POE对光泽度的影响

将共聚聚丙烯PP13、Talc9滑石粉、不同型号的POE按74∶20∶6与同一黑色母混合挤出造粒，经过注塑机注塑得到YUKON皮纹板，测试光泽度和力学性能，结果如表4所示。

表4 PP13、Talc9滑石粉与不同型号POE配比材料的光泽度及力学性能

从表4可以看出，加入不同种类的POE对材料的光泽度没有太大影响，但拉伸强度和弯曲强度略有降低，冲击强度略有升高。综合来看，添加POE6的材料光泽度较低且力学性能较好。这是因为添加的POE份数较少，对材料的结晶度没有太大影响，且小幅度提高了材料的韧性，表现为拉伸强度和弯曲强度略有降低，冲击强度略有升高。

2.3.2 添加不同份数POE6对光泽度的影响

将共聚聚丙烯PP13、Talc9滑石粉、不同份数的POE6按74∶20∶6，71∶20∶9，68∶20∶12与同一黑色母混合挤出造粒，经过注塑机注塑得到YUKON皮纹板，测试光泽度和力学性能，结果如表5所示。

表5 PP13、Talc9滑石粉与不同份数POE6配比材料的光泽度及力学性能

从表5可以看出，随着POE6添加份数的增加，材料光泽度呈下降趋势，拉伸强度降低、弯曲强度降低、冲击强度大幅度提升。这是因为随着POE份数的增加，POE对材料结晶度的影响也在增大，所以材料的结晶度下降；材料韧性大幅度提升、强度降低，表现为拉伸强度降低、弯曲强度降低、冲击强度大幅度提升。

2.4 添加不同型号黑色母对光泽度的影响

将共聚聚丙烯PP13与不同型号黑色母混合挤出造粒，经过注塑机注塑得到YUKON皮纹板，测试光泽度，结果如表6所示。

表6 PP13与不同型号黑色母配比材料的光泽度

从表6可以看出，加入黑色母可降低材料的光泽度，且不同型号黑色母对材料光泽度的影响不大。

3 结论

（1）大部分共聚PP的光泽度比均聚PP要低；

（2）PP的结晶度与光泽度呈线性关系，可通过降低材料结晶度的方法降低光泽度；

（3）随着滑石粉添加份数的增加，材料的光泽度呈下降趋势，且拉伸强度增加、弯曲强度增加、冲击强度降低；

（4）随着POE添加份数的增加，材料的光泽度呈下降趋势，且拉伸强度降低、弯曲强度降低、冲击强度大幅度提升。

通过总结实验数据，在保持力学性能的条件下得到复合材料PP13+Talc9+POE6的配方，其光泽度可达到1.5。