结晶性乙烯丙烯共聚物对抗冲聚丙烯共聚物的机械性能影响

聚丙烯(PP)是一种由于有着优异的机械性能，如耐热性，高强度，易加工性，和低成本等特性，而被广泛使用的商用塑料。然而，它的主要限制是PP的冲击强度很低，特别是在低温下。为此，人们采用了集中方法来改善它的韧性，例如，通过添加成核剂来降低晶体尺寸，与弹性体混合，和α烯烃类共聚。在众多技术中，通过在生产线中加装气相反应器与乙烯原位共聚，这种技术是一种有效的获得高抗冲PP或抗冲PP共聚物(IPC)的方法，并已在工业上得到使用。

泰国SCG公司Wonchalerm Rungswang等人研究了结晶性乙烯丙烯共聚物(cEP)对抗冲聚丙烯(IPC)的机械性能关系。并提出了cEP中均相PP链段和均相PE链段的不同含量对IPC的断裂伸长率和抗冲强度的影响机理。通过研究发现均相聚丙烯（hPP）能显著提升IPC的刚度，EP无规共聚物(EPR)起着增韧作用，而cEP则改善hPP和EPR之间的相容性。

IPC的冲击强度采用CEAST万能摆锤，遵循ISO 180:2000（E）标准（测定Izod冲击强度）。在万能试验机（INSTRON）上以500mm/min的拉伸速率测试拉伸断裂性能。为了制备冲击和拉伸测试样品，将IPC颗粒在230℃熔融注射进冷却模具中，然后分别获得缺口样条和狗骨试样进行冲击和拉伸测试。将样品在25℃放置2天后，再在此温度下进行测试。

表一.IPC 试样的冲击强度和拉伸断裂性能

实验中挑选了3个IPC样品作为案例来研究，测试它们表现出不同的机械性能，即冲击和抗拉性能。将被研究的IPC样品分离成EPR、hPP和cEP组分，并详细阐述了它们各自的微观结构。各组分特别是cEP的显微结构差异，与机械性能相关，包括所提出的机理。

图一.(a)IPC-A.(c)IPC-B.(e)IPC-C分别为经二甲苯腐蚀后低温断裂拉伸试样的扫描电镜图，(b)IPC-A.(d)IPC-B.(e)IPC-C分别为它们的EPR液滴直径分布图。

对于拉伸断裂，当IPC受到拉应力时，hPP的片层晶体至少通过三种方式变形；片间滑移，片间分离和非晶体中的堆栈旋转。在屈服点之后，由于非晶体中出现空洞，发生永久形变。而对于冲击断裂，EPR相通过吸收冲击能量在材料增韧中起到重要的作用。因此，增韧与能量如何有效的传递到EPR相有关。当断裂前端优先通过EPR液滴时，IPC就更具韧性。换句话说，如果断裂前端在基体或EPR-hPP界面中传播（或脱粘），则IPC的韧性就相对较低。

图二.IPC-A、IPC-B和IPC-C的cEP结构和异相形态的模型示意图

图三.IPC-A，IPC-B，IPC-C的拉伸断裂机理模型图

最后实验结果表明cEP中均相PP链段的含量直接影响到抗拉性，而均相PE链段则影响冲击强度。对于拉伸性能，高含量长均相PP链段的cEP可和hPP基体共结晶延迟ERP液滴的脱粘，并在拉伸后期阶段形成微孔延迟材料断裂时间。而冲击性能，有着高rEP含量的cEP中长均相PE链段可以形成覆盖厚EPR壳层的大的富PE核以提升其强度，且外层cEP的富均相PP链段能有效的传递能量到EPR液滴中，从而提升了其韧性。