CN105273320A - 一种加快等规聚丁烯-1的ii-i晶型转变的方法及其在提高力学性能中的应用 - Google Patents

一种加快等规聚丁烯-1的ii-i晶型转变的方法及其在提高力学性能中的应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种加快等规聚丁烯-1的II-I晶型转变的方法及其在提高力学性能中的应用，在熔融状态的等规聚丁烯-1中加入石墨烯，并混合均匀后予以等温结晶。使用XRD追踪其晶型转变过程，结果显示石墨烯的添加促进等规聚丁烯-1的晶型转变，与此同时在万能拉伸机和冲击测试仪上测出等规聚丁烯-1的拉伸强度和冲击性能的增强。

Description

一种加快等规聚丁烯-1的II-I晶型转变的方法及其在提高力学性能中的应用
技术领域
本发明属于高分子加工技术领域，更加具体地说，涉及一种添加石墨烯以促进iP-1-B晶型II-I转变过程，又同时提高iP-1-B的拉伸性能和冲击强度的方法。
背景技术
等规聚丁烯-1，英文缩写iP-1-B。其化学式为作为享有国际上享有“塑料黄金”的美誉的热塑性材料，聚丁烯-1不仅有良好的力学性能、突出的耐环境应力开裂性和耐热性、优良的抗蠕变性、良好的抗化学腐蚀性，以及与超高相对分子质量聚乙烯相近的耐磨性、高填料填充性等，而且又是一种高分子惰性聚合物，在管材、薄膜和薄板等工业应用方面具有很具潜力和价值。同时iP-1-B是一种多晶型聚合物，晶体型态有I、Ⅱ、Ⅲ、I′、Ⅱ′五种，其中最重要而有实际价值的是Ⅰ型和Ⅱ型，但目前iP-1-B的结晶速率及结晶度欠佳，加之iP-1-B熔融加工后存在亚稳晶型Ⅱ向稳定晶型Ⅰ的转变特性，这种处理该产品时会出现的晶型转变趋势，使获得稳定晶型Ⅰ的过程变得复杂化，而且在晶型转变速率最快的室温下，完成整个过程依旧大约需要7天，所以致使它难以得到广泛的应用。因此，研究开发iP-1-B应用具有重要的社会经济意义。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种加快等规聚丁烯-1的II-I晶型转变的方法及其在提高力学性能中的应用，以添加石墨烯填料为手段，经过常规熔融共混获取iP-1-B/石墨烯复合材料，显著促进iP-1-B晶型II-I转变过程，并能同时提高iP-1-B拉伸强度和冲击强度方法。
本发明的技术目的通过下述技术方案予以实现：
一种加快等规聚丁烯-1的II-I晶型转变的方法，在等规聚丁烯-1的熔融状态下加入石墨烯进行熔融共混，所述石墨烯加入量为规聚丁烯-1质量的0.01％—0.09％，优选0.03％—0.05％。
所述等规聚丁烯-1的熔融状态为150—180摄氏度，优选160—170摄氏度。
在进行熔融共混中，共混时间为10—30min。
上述加快等规聚丁烯-1的II-I晶型转变的方法在提高力学性能中的应用，所述力学性能为冲击强度和拉伸强度。
将iP-1-B/石墨烯复合材料在160℃熔融注塑成冲击样条，模具温度为40℃。
将iP-1-B/石墨烯复合材料熔融后加压至5MPa，释放压力后再加压至5MPa，并保持2min，升压至10MPa，再释放压力至5MPa，并保持2min，随后加压至15MPa，释放压力至10MPa，并保温2min，再加压至20MPa，瞬间释放压力至15MPa，并保温2min，然后加压至20MPa，保温3min后，取出冷压至室温，得到模压好的iP-1-B/石墨烯复合材料的片材，并将其裁成拉伸样条和直径为20mm的圆片。
将制备的冲击和拉伸样条放置在室温20—25摄氏度环境中15天。
将直径为20mm的圆片放置于剪切热台上，以30℃/min的速率升温至200℃，保温5min消除热历史，之后以30℃/min的速率降温至95℃，等温结晶2h，再以30℃/min速率降温至20℃，并转移至油浴锅中至等温结晶完全，期间用XRD测试手段追踪iP-1-B晶型II-I的转变过程，以I型晶型占整体(I型晶型和II型晶型)的质量比例为纵轴，得到结果如图1所示。当石墨烯质量百分含量为0.01％时，晶型整体转化时间相对于纯iP-1-B由27.8h缩短至22.7h，时间缩短了18.3％。
室温20—25摄氏度下进行拉伸和冲击实验(GB/T13525-1992，GB/T1040—1992)，得到结果如图2和图3所示。如石墨烯用量在0.01％时，拉伸强度由28.6MPa提高到30.1MPa，提高5.2％，在未完全冲断的情况下，冲击强度由28.6KJ/m2提高到32.7KJ/m2，提高15.8％；石墨烯用量在0.03％时，拉伸强度由28.6KJ/m2提高到32.7KJ/m2，提高14.3％，在未完全冲断的情况下，冲击强度由104.8KJ/m2到106.4KJ/m2，提高1.6％而没有出现降低。
相对于现有促进iP-1-B晶型II-I转变过程的众多技术方法，如拉伸，剪切等，本发明的优势在于，样品制备过程简单，能方便地应用于工业生产，且在添加少量石墨烯的情况下，能较快促进iP-1-B晶型II-I的转变过程，缩短晶型转变时间，并能高效率地提高iP-1-B的拉伸强度和冲击强度，而不以损失一种性能为代价来获取另一项性能的提高，仅需通过常规的熔融共混即可得到性能提高后的复合材料。
附图说明
图1为不同组分的iP-1-B/石墨烯复合材料晶型II-I转变过程随时间的变化图。
图2为iP-1-B/石墨烯复合材料拉伸强度随石墨烯质量百分比含量的变化图。
图3为iP-1-B/石墨烯复合材料冲击强度随石墨烯质量百分比含量的变化图。
具体实施方式
下面结合具体的实施方式，对本发明作进一步的详细说明，使用的聚丁烯-1购自山东宏光化工有限公司。
实施例1
分别将50g聚丁烯-1和0g，0.005g，0.015g石墨烯在160℃的条件下置入XSS-30转矩流变仪中机械熔融共混10min后，取出备用。
称取8g复合材料放在0.5mm后的模具上，在平板硫化机上熔融并逐级加压制备成片材后迅速转移至冷压机上冷却至室温，用裁刀将iP-1-B/石墨烯复合材料片材裁成直径为20mm厚的圆片。将圆片置于CSS450剪切热台上以30℃/min的速率升至200℃，保温5min消除热历史，再以30℃/min的速率降温至95℃，等温结晶2h，之后取出置于20℃的油浴锅中等温结晶，并用XRD跟踪其晶型转变过程。结果发现石墨烯质量百分比为0.01％时，相对于纯iP-1-B及石墨烯质量百分比为0.03％的复合材料，能显著促进晶型II-I的转变速率，且相对于纯iP-1-B，石墨烯质量百分比为0.01％的复合材料完成转化由27.8h缩短至22.7h，时间缩短了18.3％。
实施例2
分别将50g聚丁烯-1和0g，0.015g石墨烯在160℃的条件下置入XSS-30转矩流变仪中机械熔融共混10min后，取出备用。
称取8g复合材料放在1mm厚的模具上，在平板硫化机上熔融并逐级加压制备成片材后迅速转移至冷压机上冷却至室温，以GB/T1040.1使用的裁刀模具将其裁剪成哑铃样片，其中标矩长75mm，宽6.5mm。重复此过程，制备8个拉伸样条备用。称取10g复合材料放在WCS系列微型注塑机中熔融注塑成国标为GB/T1843/A的10个冲击样条备用，其中样条长80mm，宽10mm，厚4mm。
经过15天的室温放置，在室温下，将拉伸样条在M350万能材料试验机(Testometric)上进行拉伸强度测试，拉伸速率为50mm/min，石墨烯含量为0.03％的iP-1-B/石墨烯复合材料相对于纯iP-1-B拉伸强度从28.6KJ/m2提高到32.7KJ/m2，拉伸性能提高了14.3％。
实施例3
分别将50g聚丁烯-1(山东宏光化工有限公司)，和0g，0.005g石墨烯在160℃的条件下置入XSS-30转矩流变仪中机械熔融共混10min后，取出备用。
称取8g复合材料放在1mm后的模具上，在平板硫化机上熔融并逐级加压制备成片材后迅速转移至冷压机上冷却至室温，以GB/T1040.1使用的裁刀模具将其裁剪成哑铃样片，其中标矩长75mm，宽6.5mm。重复此过程，制备8个拉伸样条备用。称取10g复合材料放在WCS系列微型注塑机中熔融注塑成国标为GB/T1843/A的10个冲击样条备用，其中样条长80mm，宽8mm，厚4mm。
经过15天的室温放置，在室温下，将冲击样条在XJJD系列电子冲击试验机上(承德市金建检测仪有限公司)进行简支梁的冲击测试，石墨烯含量为0.01％的iP-1-B/石墨烯复合材料相对于纯iP-1-B冲击强度，在未完全冲断的情况下，从104.8KJ/m2提高到121.4KJ/m2，冲击性能提高了15.8％。
变更石墨烯的加入量为聚丁烯-1质量的0.05％和0.09％，在熔融状态下将石墨烯和聚丁烯-1进行共混均匀，共混后的试样经测试，与实施例表现出基本相同的性质。
以上对本发明做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本发明的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种加快等规聚丁烯-1的II-I晶型转变的方法，其特征在于，在等规聚丁烯-1的熔融状态下加入石墨烯进行熔融共混，所述石墨烯加入量为等规聚丁烯-1质量的0.01％—0.09％，所述等规聚丁烯-1的熔融状态为150—180摄氏度。
2.根据权利要求1所述的一种加快等规聚丁烯-1的II-I晶型转变的方法，其特征在于，所述石墨烯加入量为等规聚丁烯-1质量的0.03％—0.05％。
3.根据权利要求1所述的一种加快等规聚丁烯-1的II-I晶型转变的方法，其特征在于，所述等规聚丁烯-1的熔融状态为160—170摄氏度。
4.根据权利要求1所述的一种加快等规聚丁烯-1的II-I晶型转变的方法，其特征在于，在进行熔融共混中，共混时间为10—30min。
5.如权利要求1—4之一所述的加快等规聚丁烯-1的II-I晶型转变的方法在提高力学性能中的应用。
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