聚丙烯和橡胶的共混体系探究

在聚丙烯（PP）中加入橡胶，主要目的是提高聚丙烯的抗冲击性能，其机理可认为是橡胶可吸收部分冲击能，并且作为应力集中剂来引发、控制裂纹的增长，从而提高聚丙烯的韧性，使其由脆性断裂向韧性断裂过渡。目前，常见的聚丙烯/橡胶共混体系有PP/EPR（二元乙丙橡胶）、PP/EPDM（三元乙丙橡胶）、PP/BR、PP/SBS、PP/NRR、PP/IBR（聚异丁烯）等。有关这些共混体系的组成和性能的关系，人们已进行了广泛的研究，在一定的加工条件下，加入相同量的合成橡胶，根据体系的抗冲击性能，得出各橡胶增韧聚丙烯的顺序如下（加入40%橡胶时）：EPP=EPDM＞IBR＞BR=SBS＞SBR。

本节主要介绍聚丙烯同乙丙橡胶、顺丁橡胶、SBS的共混改性。

一、聚丙烯与乙—丙共聚物的共混

为了改善聚丙烯的抗冲击性能、低温脆性，常在其中掺入一定量的乙—丙共聚物，即形成PP/EPR共混物。另一种常用作聚丙烯改性的乙—丙共聚物是含有二烯烃成分的乙烯—丙烯—二烯烃三元共聚物（EPDM）。

等规聚丙烯和EPR以及EPDM一般是不相容的，因此它们的共混物具有多相的形态结构。在相同的共混工艺条件下，共混物的形态结构取决于组成比以及不同聚合物组分的熔融黏度差。当PP与EPR以及EPDM具有相近的熔融黏度时，所制取共混物的形态结构较均匀；当各组分熔融黏度不同，若EPR黏度低于PP，则EPR可以被很好地分散，相反，若EPR黏度高于PP，则EPR相畴较粗大，且基本呈球形。在PP/EPR共混比为60/40～40/60范围出现相转变，即在此范围内，两组分均为连续相。

值得指出的是乙丙橡胶中丙烯含量是影响共混物性能的重要因素，丙烯含量为80%的乙丙橡胶与聚丙烯的相容性良好，抗冲击强度提高最大。

由于在聚丙烯中加入了低模量的乙—丙橡胶，使体系的弯曲模量、硬度等指标都有所下降。为了减少这些有用性能的损失，同时又达到提高聚丙烯韧性的目的，F.C.Stehliflg等人开发了PP/EPR/HDPE三元共混体系，该体系的综合性能比较好。但实际中比较常用的共混体系是PP/EPR/LDE。部分学者认为：由于HDPE的结晶度比LDPE的高，因而在这两种三元共混体系中，由HDPE形成的共混体系较易形成对材料性能有利的结晶系带，从而使PP/EPR/HDPE在强度、模量方面略优于PP/EPR/LDE。至于后一种共混体系比前一种体系的应用更为普遍，这主要是LDPE的加工性能好所致。

影响PP/EPR/HDPE（LDPE）三元共混物性能的主要因素是各高聚物的相对分子质量、共混比、乙丙橡胶中丙烯含量。共混体系中加入过量的橡胶会使硬度和模量值大大下降，所以橡胶含量必须控制在一定范围内。在胶粒相中，当HDPE的含量小于50%时，随着HDPE相对含量的上升，体系的抗冲击强度不会下降；当HDPE含量超过50%时，由于这时EPR已经不能将HDPE完全包裹起来，而HDPE的增韧效果又不及EPR。所以，这时随着HDPE含量的增加，体系的抗冲击强度显著下降。

在PP/EPR或PP/EPDM共混体系中还可加入少量过氧化物作交联剂，制备橡塑共混型热塑性弹性体，关于这方面的原理及工艺，将在本章第七节中详细介绍。

PP/EPR、PP/EPDM共混物由于硬度较高，弹性差，一般不直接用于制造鞋、鞋底，在制鞋方面主要用于生产鞋用辅助材料和装饰材料等，如鞋跟、鞋楦等。(www.xing528.com)

二、聚丙烯/顺丁橡胶共混体系

聚丙烯与顺丁橡胶共混很有意义，顺丁橡胶起到显著的增韧效果。当采用国产PP与国产BR按100∶15共混，所得PP/BR共混物的常温悬臂梁抗冲击强度比PP高6倍以上，脆化温度由PP的31℃降低至8℃，这是因为BP是一种弹性极为卓越的合成胶，其玻璃化温度较低（-110℃）的缘故。

PP/BR共混物的另一个特点是挤出膨胀率小，其膨胀率小于PP以及PP/LDPE、PP/EVA、PP/SBS等共混物，这意味着PP/BR共混物加工成型后，尺寸稳定性好，不易发生翘曲变形。

PP/BR共混物的加工方法大多采用普通机械共混法，其方法是将PP粉料与BR在常温下进行初混后，于180～190℃条件下在双辊混炼机混炼成片，再经挤出造粒或平板切粒后包装即可。

广泛采用的三元共混物PP/HDPE/BR，具有较高的拉伸强度、挠曲强度和良好的韧性。PP/HDPE/BR共混物的制备工艺是首先将顺丁橡胶在50℃左右挤出造粒，然后与PP、HDPE按常温捏合20～30min，随后再经160～210℃范围内挤出共混造粒。

三、聚丙烯/SBS共混体系

丁苯热塑性弹性体（SBS）具有良好的弹性和塑性，加工性能好。PP中混入一定量的SBS后，抗冲击性能有明显的提高。

透射电镜的照片表明：SBS和PP在微观上是不相容的，体系存在两相结构，当SBS含量低时，SBS是分散相，SBS在连续相的PP中形成“海—岛”结构。PP/SBS共混体系的冲击性能与SBS含量有关，SBS用量一般为10%～15%。含有12%SBS的PP/SBS共混物缺口冲击性能较PP提高4倍以上，低温脆性温度降到—20℃以下，拉伸强度高达45MPa，断裂伸长率1000%左右，而屈服应力、刚性、硬度降低不大，并保持了PP良好的耐酸性能。

PP/SBS共混物的另一特点是共混工艺简单，因为商品化的SBS是粒料，所以一般是先将PP、SBS、填料等经高速混合机混合均匀，再经双螺杆挤出机造粒即得成品。