强全特用复材开发处

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浅谈 聚丙烯 α 及 β 结晶型态及其性能表现

聚丙烯,为一种半结晶高分子聚合物,一般结晶度约落在40%~70%之间,在不同的条件之下,目前发现其有5种晶型结构,分别为α、β、γ、δ、以及拟六方晶态。从聚丙烯产制品的物理性质乃至于光学性质均会受到结晶程度以及结晶型态的影响。其中 α 晶型聚丙烯的控制技巧及相关添加剂在合成厂聚合端及后端加工业界应用相当成熟及广泛,而此文将针对 β晶型聚丙烯与 α晶型聚丙烯做一比较描述。

α晶型聚丙烯 概述

       早在1960年代,聚丙烯肇始之初,聚丙烯α型态的晶体特征就已被具体描述出来:「单斜晶系,每个晶胞有4个 1/3 螺旋,较致密且完整的结构,为热力学稳定的结晶型态」。而在一般纯聚丙烯加热及冷却的加工制程当中,聚丙烯的结晶型态多均为 α晶型,因此后续的聚丙烯相关制程及发展,有很大的区块围绕在 α晶型的控制技巧,比如说控制 α晶的结晶大小以及结晶密度,用以改善产品的特性如透明度以及刚性等等。

β晶型聚丙烯 概述

      在1959年,即已发现聚丙烯中有 β晶型的存在。但相较于α晶型的研究,有很长的一段时间,因加工制程中β晶型不稳定,所以一直无法制成纯的 β晶型聚丙烯,故无法对其结构进行清楚地描述,自然也无法对其应用有更深一步的阐述。现在则可透过一些β晶核剂较轻易诱导出制成β晶型聚丙烯。β晶态属六方晶系,聚丙烯中的大分子链以同方向呈螺旋状排列到晶格之中。β晶态的片晶会平行或由球晶中心集结成束,然后支化,或者先呈向外螺旋生长再支化。
(如图 (b))。

不同晶型球晶的型态

α晶核剂的种类及功能

α晶核剂,顾名思义即为一种除了用加工制程条件之外,可以添加使用改变聚丙烯α晶的结晶度或结晶密度的产品,此类产品种类相当广泛,包含了无机的矿物如滑石粉( Talc)、碳酸钙、奈米黏土等等,在微量添加及有效的加工分散下,均可以改善一定程度结晶作用,用以增加聚丙烯的刚性;此外,也有许多形式的有机金属盐类产品的晶核剂,与无机晶核剂最大的不同为分散性更好,更易于加工以及对聚丙烯的比重几无影响。在功能上以敝司自制晶核剂母粒 NCM-20E05 (HPN-20E母粒)为例,对聚丙烯或聚乙烯均能产生改质,较其他类型的晶核剂,拥有较佳的收缩等规度,能降低翘曲变形率,提升刚性的同时也能兼顾部分的韧性,并可增加产品的透明度以及热变形温度,更特殊的与他类同型的晶核剂相比,还可提升聚乙烯产品的阻水以及阻气性。在敝司某客户三层PE共挤膜的实施数据例中,添加本产品1~2%下,该公司终端产品之WVTR实测数据由 3g/m².day 下降至 0.65g/ m².day,效果不可不谓显着。

β晶核剂的种类及功能

β晶型聚丙烯可透过加工条件抑或加工方式制得,但其效果均不如β晶核剂来的稳定有效。其种类约略有四:具平面结构的稠环类化合物、某些碱土金属盐类及二元羧酸复合物、芳香胺类以及稀土类化合物。在功能面上,如同上图(b)所示,β晶多孔结晶区域中存在大量的连续分子链连接形成的扩展型链段,使得遭遇外力破坏时可吸收较多的能量,赋与聚丙烯较好的延展性及韧性、并提高热变形温度。其功用以敝司自制 β晶核剂母粒NCM-8205为例,能赋予终端产品良好的常温及低温韧性,较高的热变形温度,在押出成型过程中也可提供较高的熔体强度,如制品须增加多孔率亦有帮助。终端产品应用例诸如PP-R管材、车用保险杆、蓄电池槽、微孔聚丙烯纤维及透气薄膜、锂电池隔离膜等。在敝司的实施例中,某公司建材模板在其他物性未明显变化下,IZOD 强度 由 17.9提升至 44.7 kg-cm/cm (标准: ASTM D256 @23°C, notched )。(相关数据见下表)

物性 检验方法(ASTM) 单位 PP复材 PP复材+NCM8205
1.熔融流率D1238g/10 min--
2.比 重D792-0.9330.9252
3.抗张强度D638Kg/cm²269236
4.断点延伸率D638%335.3401.52
5.降伏点延伸率D638%6.837.72
6.弯曲弹性系数D790Kg/cm²111809889
7.弯曲弹性强度D790Kg/cm²299271
8.艾氏冲击强度
(23°C, notched)
D256Kg-cm/cm17.944.7(提升近250%)
以上内文及图片除 敝公司产品实施例外,其余摘录整理自 中国塑料 Vol. 20, No. 3, Mar., 2006 文章编号:1001-9278(2006) 03-0007-07

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1.过氧化物母粒 
CR PP 10X   (10%过氧化物) 
CR PP 20X   (20%过氧化物)
可控制 PP 的流动变量、GMT & LFT、玻璃纤维垫&玻璃长纤与聚丙烯复合加强制程、PP 纤维(非织造)、纺黏型与融喷、水与气体滤心、尿布与卫生棉、油脂吸附、PP 回收、增容剂、以自由基做为起始剂提高马来酸酐及聚丙烯接枝率。

2.抗刮母粒(非移动性)   使用量 1~5%
ASC PP 50S  抗刮且附加滑溜性质于射出及压出零件
ASC PE 50S  例:PP膜(OPP,CPP) & PE膜

AS PP T19    射出和压出零件 eg.汽车零件

3.助剂   使用量 < 1%
PPA PP F5   射出及压出PP
PPA PE F5   射出及压出PE

α - form MB for PP

1. PP(聚丙烯)透明增韧改善 MB
请来电/来信洽询

2. PP(聚丙烯)、PE(聚乙烯)透明尺寸安定改善
请来电/来信洽询

3. PP 成核剂 MB
NCM-A305 

4. PE、PP 通用 成核剂 MB
NCM-20E05
NCM-90E05

β - form MB for PP

 β 成核剂  能加快聚丙烯结晶速度,缩短成型时间,
提高聚丙烯制品的室温和低温抗冲击强度和耐热性,
广泛应用于聚丙烯管材、板材和注塑制品。

PP 成核剂 MB - NCM-8205 





Other MB

1. PE抗氧化剂MB - AOM-A330DP 

2. PA抗UV MB - AUM-234015 

3. PLA 专用白色母 - NWM-F804T35 

4. PA 成核剂 MB - NCM-CHB310

5. PET 成核剂 - NCM-NAT05 

6. PP/PET 接着胶粒 - Z-PAM72M20 

7. PP(聚丙烯)流动增韧剂 - 请来电/来信洽询


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