PP如何达到耐刮擦性?
聚丙烯(PP)具有密度低、力学性能优良、易 于加工和回收、吸水率低及性价比高等优点,广泛应用于汽车工业。但是PP表面硬度低,耐刮擦性差,很小的应力就能在材料表面形成划痕。这些划痕既破坏了制品的外观,又容易导致应力集中,造成制品强度降低和使用寿命缩短。
PP刮擦过程中会产生复杂的应力场并发生应变场变化,这些变化很难通过实验测量来获得准确的数 据,但是可以通过计算得到。Hamilton和Goodman模型可用于计算和分析球形刮擦头在负载下划过材料表面产生的应力场。该模型假设刮擦行为是压入行为和滑动行为的叠加行为,并用球状刮擦头模拟半球状法向应力。采用线性弹性理论和设定的边界条件,可以计算材料表层与次表层的应力场分布。
添加耐刮擦剂是改善PP耐刮擦性最常用的方法之一。耐刮擦剂是一类能降低材料表面摩擦系数的助剂。目前,常用的耐刮擦剂有两大类:酰胺类和有机硅类。两类耐刮擦剂的特点和改善材料耐刮擦性机理不尽相同。酰胺类耐刮擦剂是链端有酰胺基团的小分子添加剂,如芥酸酰胺和油酸酰胺。
这种小分子具有优异的热化学性质,在聚合物冷却过程中可从材料内部迁移到表面。杨波等通过衰减全反射红外光谱(ATR)分析了酰胺类耐刮擦剂在PP表面和内部的分布情况,发现PP表面和内部的酰胺类耐刮擦剂化学组成并不相同,越靠近表面处的酰胺基团浓度越高。极性酰胺基团与PP相容性差,非极性的碳链与PP相容性好,这使酰胺基团在PP表面排列成一层薄薄的润滑层而没有析出。这种表面润滑层减小了材料的表面摩擦系数,进而改善了PP的耐刮擦性。Browning等在滑石粉填充的PP/二元乙丙橡胶共聚物中添加芥酸酰胺,有效降低了可见划痕的临界载荷,改善了材料的耐刮擦性。但是,这种小分子助剂可能在光热的作用下发生降解和析出,造成表面发黏,使材料耐刮擦性下降,还会产生挥发性有机物。庞承焕研究了氙灯暴露对添加不同酰胺类耐刮擦剂PP的影响,结果表明乙撑双硬脂酰胺耐刮擦剂抗析出性能很好的。
在PP中添加适量填料,可以有效改善PP的力学性能,进而赋予PP良好的耐刮擦性能。Chu等对比了滑石粉和硅灰石对PP耐刮擦性的影响,发现硅灰石填充PP的划痕深度变浅,划痕可见性减弱,加入相容剂改善界面相互作用后可进一步提高PP的耐刮擦性;而滑石粉对提高PP耐刮擦性作用很小。研究发现硅灰石促使PP共聚物的结晶结构发生改变,进而提高PP力学性能,影响PP的耐划擦性。玻璃纤维(GF)是最典型的纤维增强填料,广泛应用于PP改性。傅轶等采用GF作为填料,制备出耐刮擦、软触感的PP。与滑石粉填充体系相比,GF增强PP硬度更大,刮擦时更难变形
PP与合适的组分共混可获得具有优良耐刮擦性的复合材料。Koch等研究了聚乙烯(PE)对PP/EPR共混物耐刮擦性的影响,结果表明PE减少了划痕处材料的堆积,降低了划痕深度和划痕可见性。宋洁等制备了PP/聚四氟乙烯/尼龙6(PA6)复合材料,结果表明PA6对PP有明显的增刚增韧作用,复合材料表现出优异的耐刮擦性。Motamedi等分别采用PP-g-MA和线性苯乙烯-乙烯/丙烯-苯乙烯三元嵌段共聚物接枝马来酸酐(SEBS-g-MA)作相容剂,增强PP与PA6的界面作用,构筑了一个三元热塑性共混体系。SEBS-g-MA会使核-壳结构的PA6孤立粒子聚集起来,对材料的力学性能产生明显影响,进而影响材料的耐刮擦性。
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