首页 > 心得体会 > 学习材料 / 正文
高流动性聚丙烯的流变性能及热性能研究
2023-02-07 11:30:11 ℃石佩玉,詹莹韬,孙潇潇,郭薇薇,任天翔,赵德方,3,4,5,占海华,3,4,5*
(1. 绍兴文理学院 纺织服装学院,浙江 绍兴 312000;
2. 凯泰特种纤维科技有限公司,浙江 绍兴 312000;
3. 浙江省清洁染整重点实验室,浙江 绍兴 312000;
4. 国家碳纤维工程技术研究中心浙江分中心,浙江 绍兴 312000;
5. 纤维基复合材料国家工程研究中心绍兴分中心, 浙江 绍兴 312000)
聚丙烯(PP)凭借其在强度、化学稳定性、抗冲击性等方面的优异性能及较低的生产成本和可回收性,在全球发展迅速并广泛应用于机械零件、建筑材料、医疗卫生、农林渔业等众多领域,是目前需求量最大的通用塑料之一[1]。近几年新能源汽车快速发展,新能源汽车主要由电池驱动系统、电机系统、电控系统及类似传统汽车上的底盘之类的系统组成[2],其中最关键的技术就是电池技术,而电池隔膜是高性能电池的关键组成部分,其性能将直接关系到电池的容量、使用寿命等综合性能[3]。
用于制备电池隔膜的纤维原料主要有PP纤维、聚乙烯纤维、聚酰胺纤维、聚乙烯醇纤维、玻璃纤维等。PP纤维质轻保暖、价格低廉,具有良好的力学性能、电绝缘性和耐化学腐蚀性,是制备电池隔膜的优良材料[4]。但PP纤维的线密度大,由PP纤维制备的电池隔膜孔径大,在电池中起不到有效的隔离作用,甚至会导致电池短路现象出现[5],因此将PP制成超细旦纤维成为了当下亟需解决的问题。将PP制成超细旦纤维通常需要使用超高熔体流动性PP原料,超高熔体流动性PP凭借其流动性好、生产效率高、能耗低等优点受到人们的青睐。生产超高熔体流动性PP的方法主要有过氧化物降解法、直接聚合法和后加工降解法[6]。其中,过氧化物降解法生产工艺简单,产生的过度中间产物少,反应较易控制,制备的PP熔体流动性大幅度提高,且不明显影响材料的其他性能,因而受到人们的广泛关注[7]。杨锦等[8]采用2,5-二甲基-2,5-二(叔丁基过氧基)己烷(DHBP)作为过氧化物引发剂对PP进行改性,制备了高流动性PP,探讨了DHBP用量对PP熔体流动性的影响,发现随着引发剂用量的增加,PP的熔体流动速率(MFR)迅速增加,流动性得到明显提高,实现了对PP的有效降解。
作者采用过氧化物降解法,通过向PP中添加二叔丁基过氧化物(DTBP),制备不同DTBP含量的高流动性PP,研究DTBP含量对高流动性PP的流变性能、热稳定性、结晶行为的影响,为优化高流动性PP的纺丝成形工艺及后道加工应用提供理论支撑。
1.1 主要原料
PP切片:
MFR为每10 min 3.33 g,绍兴三圆石化有限公司产;
DTBP:熔点为-30 ℃,闪点为29.7 ℃,江苏高奇新材料有限公司产。
1.2 主要设备及仪器
HAAK Minilab微量混合流变仪、HAAK PolyLab QC转矩流变仪:美国赛默飞世尔科技公司制;
RL-Z1B1熔体流动速率仪:上海思尔达科学仪器有限公司制;
METTLER DSC1差式扫描量热仪:瑞士梅特勒托利多公司制;
TG/DTA 6300热重/差热综合分析仪:日本精工仪器有限公司制。
1.3 高流动性PP的制备
将DTBP按质量分数分别为0.5%、0.6%、0.7%、0.8%、0.9%的比例加入PP切片中,在高速搅拌器中充分混合均匀,然后加入到微量混合流变仪中进行挤出造粒,流变仪的温度设置为235 ℃,螺杆的转速设置为70 r/min,挤出物经过冷却切粒,最后在80 ℃烘箱中烘干,得到高流动性PP试样。DTBP质量分数为0、0.5%、0.6%、0.7%、0.8%、0.9%的高流动性PP试样分别标记为0#、1#、2#、3#、4#、5#。
1.4 分析与测试
MFR:采用RL-Z1B1熔体流动速率仪,按照GB/T 3682.1—2018《塑料 热塑性塑料熔体质量流动速率(MFR)和熔体体积流动速率(MVR)的测定》对不同DTBP含量的PP试样进行测试。设定砝码为2.16 kg,温度为235 ℃,保温时间为1 min,测量行程为25.4 mm。
热稳定性:采用热重/差热综合分析仪对试样进行测试,得到试样的热重(TG)曲线。分别称取4~6 mg试样置于坩埚内,保护气氛为氮气,气流速率为100 mL/min,升温速率控制在10 ℃/min,温度从30 ℃升至550 ℃。
结晶行为:采用差示扫描量热仪对试样进行测试。分别称取4~6 mg试样置于铝坩埚内,保护气氛为氮气,气流速率为25 mL/min,升温速率控制在10 ℃/min,温度从25 ℃升至350 ℃,再降至25 ℃,降温速率为10 ℃/min,得到试样的升温和降温DSC曲线。根据得到的数据,按式(1)计算不同试样的结晶度(Xc)。
(1)
2.1 DTBP添加量对PP流变性能的影响
图1 PP试样的ηa和的关系Fig.1 Relationship between ηa and of PP samples■—0#试样;●—1#试样;▲—2#试样;▼—3#试样;◆—4#试样;◀—5#试样
2.1.2 PP的MFR与DTBP添加量的关系
由图2可以看出:随着DTBP添加量的增加,PP试样的MFR不断增加,PP试样的流动性大幅提高;
DTBP质量分数从0增加至0.9%,PP试样的MFR(10 min)由3 g增加至70 g,PP试样的流动性得到大幅度提升。而对于同一种聚合物,其MFR越高,其相对分子质量越小[9],由此可以确定DTBP对PP产生了有效的降解,因而提高了PP的流动性能。
图2 PP试样的MFR与DTBP添加量的关系Fig.2 Relation between MFR and DTBP addition of PP samples
2.2 热稳定性
由图3和表1可以看出:添加DTBP的PP试样的热分解温度包括热失重分别达到5%、30%、50%及最大热失重降解速率对应的温度(Td、T30、T50及Tdm)均低于纯PP试样(0#试样);
当DTBP质量分数小于等于0.7%时,PP试样的热分解温度随着DTBP添加量的增加而减小,在DTBP质量分数为0.7%时,3#试样的Td为361.39 ℃、T30为417.39 ℃、T50为437.12 ℃、Tdm为445.63 ℃,均达到最低值,这是由于DTBP自由基进攻PP分子链,使其分子链发生断裂,相对分子质量减小,因此热分解温度下降[11];
继续添加DTBP至其质量分数为0.8%、0.9%时,PP试样的热分解温度均略有提高,4#试样的Td为371.85 ℃、T30为427.82 ℃、T50为440.66 ℃、Tdm为447.66 ℃,5#试样的Td为387.02 ℃、T30为435.21 ℃、T50为445.76 ℃、Tdm为454.45 ℃,这是因为在此添加范围内PP分子链出现一定程度的交联,导致相对分子质量增加,使得热分解温度提高。
图3 不同DTBP添加量的PP试样的TG曲线Fig.3 TG curves of PP samples with different DTBP addition■—0#试样;●—1#试样;▲—2#试样;▼—3#试样;◆—4#试样;◀—5#试样
表1 不同DTBP添加量的PP试样的TG参数Tab.1 TG parameters of PP samples with different DTBP addition
2.3 结晶行为
不同DTBP添加量的PP试样的熔融和结晶DSC曲线见图4。由图4可以看出:随着DTBP添加量的增加,PP试样熔融曲线的峰值向左移动;
随着DTBP添加量的增加,PP试样结晶曲线的峰值不断右移。
图4 PP试样的DSC曲线Fig.4 DSC curves of PP samples
由DSC曲线得出的典型的热性能参数如熔融温度(Tm)、结晶温度(Tc)、熔融焓(ΔHm)、结晶焓(ΔHc)及Xc列于表2。
表2 PP试样的DSC参数Tab.2 DSC parameters of PP samples
由表2可知:相比0#试样,添加DTBP的PP试样的Tm均下降、Tc均升高,这是由于DTBP中的自由基对PP分子链进行攻击,使PP分子链发生化学降解,导致PP的相对分子质量降低,分子链长度变短,使Tm降低,并且相对分子质量降低,相对分子质量分布变窄,使PP分子链折叠进入晶区的阻力减小,提高了PP的结晶速率,使PP能在高温下结晶[10],因而Tc升高;
从Xc来看,添加DTBP的PP试样的Xc均出现不同程度的降低,当添加DTBP质量分数小于等于0.7%时,PP试样的Xc随着DTBP添加量的增加而降低,在DTBP质量分数为0.7%时3#试样的Xc降至33.11%,达到最低值,而继续添加DTBP质量分数至0.9%时5#试样的Xc有所提高,为36.76%,但仍低于纯PP即0#试样的Xc,这是因为随着DTBP添加量的继续增加,过量的自由基使得降解后的PP分子链又出现一定程度的交联反应,导致相对分子质量增大[12]。因此,添加DTBP质量分数为0.7%时PP的降解效果最佳。
a.在PP中添加一定量的DTBP共混造粒制备高流动性PP,当添加DTBP质量分数为0.7%时PP的降解效果最佳,可提高PP熔融纺丝的连续性。
c.随着DTBP添加量的增加,PP试样的热分解温度降低,并在DTBP质量分数为0.7%时达到最低,当DTBP质量分数增加至0.9%时热分解温度略有提高,但均低于纯PP试样;
PP的热稳定性随着DTBP添加量的增加呈现先下降后上升的趋势。
d.随着DTBP添加量的增加,PP试样的Tm下降、Tc升高;
Xc呈现先下降后上升的趋势,且在DTBP质量分数为0.7%时达到最低,为33.11%。
——基于三元VAR-GARCH-BEEK模型的分析金融与经济(2019年6期)2019-07-04
猜你喜欢
- 2024-01-20 有关于第五次全国经济普查统计重点业务综合培训大会上讲话(完整文档)
- 2024-01-20 “严纪律、转作风、保安全、树形象”专题学习教育活动通知(完整文档)
- 2024-01-20 2024XX区住房城乡建设工作情况汇报
- 2024-01-20 2024高校思政教育交流材料:善用反腐败斗争这堂“大思政课”(精选文档)
- 2024-01-20 2024年主题教育专题党课辅导报告,(4)
- 2024-01-20 关于赴某地学习考察地方立法工作情况报告(范文推荐)
- 2024-01-20 2024年度关于增强党建带团建工作实效对策与建议(精选文档)
- 2024-01-20 教师演讲稿:春风化雨育桃李,,潜心耕耘满芬芳(全文)
- 2024-01-20 主题教育第二阶段来了
- 2024-01-20 2024年度关于到信访局实践锻炼个人总结【完整版】
- 搜索
-
- 打赌输了任人处理作文1000字7篇 05-12
- 当代大学生在全面建设社会主义现代化强 05-12
- 全面建成社会主义现代化强国的战略安排 03-10
- 个人廉洁自律方面存在的问题及整改措施 05-12
- 谈谈青年大学生在中国式现代化征程上的 05-12
- 2022年党支部第一议题会议记录(全文完 11-02
- 作为青年大学生如何肩负时代责任6篇 05-12
- 村党组织建设现状及工作亮点存在问题与 05-12
- 全面从严治党,自我革命重要论述研讨会 05-12
- 产业工人队伍建设改革(全文完整) 10-31
- 11-25国庆70周年庆典晚会 庆典晚会串词
- 11-25办公室礼仪的十大原则 浅谈办公室的电话礼仪
- 01-17用心灵轻轻地歌唱_心灵的歌唱
- 01-17也许你不是我一生的唯一|也许不是我
- 01-17爱了,请珍惜;不爱,趁早放手|爱就珍惜不爱就放手
- 01-17岁月带走的是记忆,但回忆会越来越清晰|有趣又有深意的句子
- 01-17曾经的美好只是曾经,我只想珍惜身边的人|我只想珍惜你
- 01-18从容不惊 [学会笑眼去看世界,不惊不乍,淡定从容]
- 02-03当代大学生学习态度调查报告
- 02-03常用护患英语会话
- 标签列表