聚丙烯是以丙烯(CH3—CH=CH2)為單體,通過加聚反應(yīng)得到的高分子聚合物,其反應(yīng)特征一是瞬間完成,二是沒有小分子化合物伴隨產(chǎn)生。
采用齊格勒—納塔催化劑可以得到高分子量的結(jié)晶性PP。根據(jù)—CH3基團在空間排布的規(guī)律,PP分為等規(guī)、間規(guī)和無規(guī)三種聚合物。只有等規(guī)度高的PP才能生成良好的結(jié)晶區(qū),才能具有我們所需要的優(yōu)良性能。
等規(guī)聚丙烯的晶體形態(tài)有α、β、γ、δ和擬六方五種,最常見的是α晶態(tài),屬單斜晶系。α晶態(tài)在138℃左右形成,其熔點為180℃。擬六方態(tài)也叫次晶結(jié)構(gòu),又叫蝶狀液晶。當熔融態(tài)的等規(guī)PP被急冷至70℃以下,或在70℃以下進行冷拉伸時,就會生成擬六方態(tài)晶體,此時PP的硬度和剛性減小,而沖擊強度和透明性提高。
等規(guī)PP從熔融狀態(tài)逐漸冷卻時形成的晶體為球晶,結(jié)晶溫度越高,球晶越大,反之球晶越小。球晶越大,性能越脆,球晶大小直接影響到PP材料的沖擊強度。
在結(jié)晶型塑料中,結(jié)晶度對材料的性能影響最大。結(jié)晶度即材料中結(jié)晶部分重量占材料總重量的百分數(shù)。PP的結(jié)晶度可通過使用水—乙醇體系的密度梯度管測定其密度來求得。
注塑成型的PP結(jié)晶度一般為50~70%,改變成型條件和后處理條件,可以改變結(jié)晶度。
結(jié)晶需要晶核,如果PP結(jié)晶時存在大量晶核,可以提高結(jié)晶度和減小球晶尺寸,從而可以提高PP的屈服強度、沖擊強度和表面硬度,同時還可以改進PP的透明性和光澤性,降低成型加工溫度,縮短成型周期,得到殘留內(nèi)應(yīng)力低的性能均衡的制品,特別有利于成型大型制品。通常增加晶核的辦法是添加成核劑。
PP分子量的大小和分布也直接影響著PP塑料材料性能和加工性能。通常從PP的熔體流動速率(MFI)可以了解到PP分子量的大小和分布情況。MFI越大,表示PP的分子量越小。不同PP的MFI可從零點幾到幾十,單位為g/10min。分子量分布可通過Q值(重均分子量與數(shù)均分子量之比)反映出來,Q值越大,分子量分布越寬。通常PP的Q值為10~40。
PP的分子量越高,即MFI越小,材料的拉伸強度、斷裂伸長率和沖擊強度都越高,而透明性、光澤及表面硬度則越低。