不同分子量POE对聚丙烯树脂增韧改性的影响

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（来源：聚烯烃人）

聚丙烯（PP）的增韧改性是当前重要研究方向，而共混改性工业化应用最为广泛。与加工稳定性较差的三元乙丙橡胶（EPDM）相比，聚烯烃弹性体（POE）和PP相容性良好、加工性能优异，增韧效果显著，是PP的理想增韧剂。POE独特的链段结构可平衡材料的强度与弹性，能够有效耗散外力、阻滞裂纹扩展，大幅提升PP的韧性。现阶段，关于POE改性PP的微结构‑性能构效关系及增韧机理仍有待进一步阐释。为此，本文选用三种不同分子量的POE，从微结构层面系统考察分子量对PP增韧改性效果的影响。

试样的制备

按照表1配比称取PP与POE并混匀，利用转矩流变仪进行熔融共混；所得共混物经破碎造粒后，通过平板硫化机模压制备拉伸及冲击标准样条。

表1 PP/POE共混物的配方比例

结果与讨论

不同分子量POE对PP/POE共混物力学性能的影响

冲击性能测试结果（图1）表明，高、中、低三种分子量POE均能增韧PP，中等分子量POE MW增韧效果最优。随着POE含量从2%增至25%，PP/POE MW共混物冲击强度由19.38 kJ/m2大幅提升至115.2 kJ/m2。低添加量下（2%），三类POE改性体系冲击强度均低于纯PP；添加至5%时，仅POE MW体系冲击性能优于纯PP。因基体本身为高抗冲PP，少量POE会破坏基体原有微相结构，造成韧性下降。POE MW分散颗粒尺寸适宜、与基体界面结合优异，有利于共混物发生脆韧转变；低分子量POE LW分子链短、缠结少，高分子量POE HW链段运动能力弱、易发生界面脱粘，二者低含量下难以发挥增韧作用。提高POE添加量后，共混物冲击强度整体明显上升。POE作为分散相在PP基体形成海‑岛结构，受外力时作为应力集中点诱发银纹与剪切带，通过消耗断裂能、阻碍银纹扩展实现增韧。相同添加量下，POE LW链缠结不足、POE HW黏度高不易分散，POE MW分子量适中且加工流动性佳，因此PP/POE MW共混物韧性最优。由图2可见，力学性能存在明显的刚韧制衡特性，PP/POE共混物的拉伸强度随着POE含量增加明显下降，刚性有所减弱，而断裂伸长率整体呈上升趋势（图3），仅在低掺量（2%）时小幅下降，POE的长侧链可构建分子动态缠结网络，提升材料拉伸形变能力与延展性。在相同掺量条件下，添加POE MW的共混物兼具更优的冲击韧性与延展性，综合改性效果最佳，可有效实现PP的增韧改性，实际应用中可根据材料刚性与韧性的需求权衡最优配比。

图1

不同分子量POE的含量与PP/POE共混物冲击强度的关系

图2 不同分子量POE的含量与PP/POE共混物拉伸强度的关系

图3 不同分子量POE的含量与PP/POE共混物断裂伸长率的关系

不同分子量POE对PP/POE共混物熔体流动速率的影响

由图4可见，PP/POE LW共混物熔体流动速率随POE LW含量的增加而增大，且均高于纯PP；PP/POE MW、PP/POE HW共混物熔体流动速率则随POE含量增加而降低。原因在于POE LW熔体流动速率高于PP，熔融共混后性能介于两者之间，而POE MW、POE HW熔体流动速率较低，会拉低共混物流动性能。同等POE添加量下，POE MW改性体系熔体流动速率与纯PP相近。综合来看，中等分子量POE MW对加工工艺影响小，增韧效果最优，适合作为PP增韧改性剂。

图4 不同分子量POE的含量与PP/POE共混物熔体流动速率的关系

不同分子量POE的含量对PP/POE共混物断面形貌的影响

影响聚合物共混物性能的关键因素是分散相的形态和共混物的微观结构。不同含量的POE LW、POE MW、POE HW与PP的共混物冲击断面的扫描电镜图（图5~7）显示，POE作为分散相，在PP基体中的分布呈现出以PP为连续相、POE为分散相的“海‑岛”结构。纯PP及2%POE含量试样断面规则平整，两相界面清晰，无银纹，增韧效果差；POE含量提升至10%、25%后断面表面粗糙、相界面模糊并出现拉丝，呈韧性断裂特征。利用Nano‑measure软件对正庚烷刻蚀过的冲击断面扫描电镜图进行分析统计，确定分散在PP中的分散相粒子尺寸。ID越小，分散相间距越小，应力场重叠越显著，能量耗散效率越高，增韧越好。由表2可见，相同POE含量下，POE MW分散相粒子间距最小、POE HW次之、POE LW最大，故增韧效果POE MW最优、POE HW居中、POE LW最差，与相容性分析一致。

图5 POE LW含量对PP/POE共混物断面形貌的影响（放大倍率为1 000）

（a）纯PP （b）2% PP/POE LW （c）10% PP/POE LW （d）25% PP/POE LW

图6 POE MW含量对PP/POE共混物断面形貌的影响（放大倍率为1 000）

（a）纯PP （b）2% PP/POE LW （c）10% PP/POE LW （d）25% PP/POE LW

图7 POE HW含量对PP/POE共混物断面形貌的影响（放大倍率为1 000）

（a）纯PP （b）2% PP/POE LW （c）10% PP/POE LW （d）25% PP/POE LW

表2 POE粒子的数均粒径dn、重均粒径dw和PP/POE共混物的粒子间距ID

不同分子量POE的含量对PP/POE共混物热性能的影响

由图8可见，随着POE含量的增加，共混物维卡软化点呈现降低的趋势，源于POE本身的维卡软化点较低，掺入后会增大共混体系无定形占比，破坏PP结晶结构，降低整体结晶度，减少物理交联点，使耐热性能下降。POE含量低于10%时，维卡软化点降低相对平缓；超过10%后则显著降低，此时形成连续弹性体相，破坏PP基体刚性网络，材料热稳定性变差。

图8 不同POE含量共混物的维卡软化点

总结

三种分子量的POE中，分子量适中的POE MW兼具流动性与力学性能，增韧效果最优，且熔体流动速率与纯PP接近，对加工工艺影响较小。在实际加工生产中，需综合权衡刚韧性能，确定最优的配方。