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彈性體的基本物性參數(shù)（如密度、硬度、玻璃化轉(zhuǎn)變溫度、彎曲模量等） 很大程度上決定了彈性體在改性材料中的增韌表現(xiàn)。因此，選擇5 種彈性體CA10A、2032PM、CA60A、YH-06和C3080，分別對其物性進(jìn)行比較分析，具體參數(shù)見表2。

對聚丙烯材料增韌改性時(shí)，彈性體的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度越低，分子鏈柔韌性越好，增韌效果越顯著；彎曲模量越低，越容易實(shí)現(xiàn)脆韌轉(zhuǎn)變。由表2中基本物性對比數(shù)據(jù)可知，YH-06 的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度可低至-60℃ ，邵氏硬度和彎曲模量低；2032PM 和C3080 同樣具備較低的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，邵氏硬度和彎曲模量也相對較低，同樣適用于聚丙烯的增韌改性；與2032PM、YH-06、C3080 相比，CA10A 和CA60A 的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度和彎曲模量較差，但從分子結(jié)構(gòu)角度來看，這兩種彈性體均為丙烯基彈性體，與聚丙烯的相容性更佳，增韌效果更明顯。因此，將5種彈性體與聚丙烯共混，進(jìn)一步開展增韌效果研究。

表2 不同類型彈性體的基本物性參數(shù)對比數(shù)據(jù)

采用彈性體對聚丙烯增韌改性，除考察其基本的增韌效果（如低溫沖擊脆化性能和彎曲性能）外，還須考慮電性能的影響。研究結(jié)果表明，聚丙烯絕緣材料存在電性能和力學(xué)性能難以協(xié)同調(diào)控的技術(shù)難點(diǎn)。雖然加入彈性體可以改善聚丙烯的韌性，但也會影響聚丙烯材料的電性能。聚丙烯與5種聚丙烯/ 彈性體共混材料的性能參數(shù)見表3。

表3 聚丙烯與5種聚丙烯/彈性體共混材料的性能參數(shù)

由表3可知，在低溫沖擊脆化性能試驗(yàn)中，5種聚丙烯/彈性體共混材料試樣的斷裂數(shù)量均不大于15根，滿足測試要求；聚丙烯的彎曲強(qiáng)度和彎曲模量均偏高，且30 根試樣在沖擊時(shí)全部斷裂，無法滿足耐低溫（-25℃）性能要求；5種彈性體對聚丙烯的低溫增韌效果均表現(xiàn)優(yōu)異，共混材料試樣滿足耐低溫（-25℃）性能要求。結(jié)合彎曲模量，YH-06、C3080和2032PM對聚丙烯的增韌效果最佳，其次為CA10A，而CA60A效果較差，但仍滿足使用要求（彎曲模量小于800MPa）。

雖然彈性體可以增加聚丙烯的韌性，但是會影響聚丙烯的晶體結(jié)構(gòu)，引入大量的空間電荷。隨著溫度的升高，聚丙烯分子鏈極易因彈性體填充而改變原有排列規(guī)律，且載流子更容易在分子鏈間移動，從而降低共混材料的介電性能?？紤]到聚丙烯電纜的工作條件，選擇在溫度為23℃ 和90℃下進(jìn)行介電性能測試。由表3中材料的低溫沖擊脆化性能、彎曲強(qiáng)度、彎曲模量的測試結(jié)果可知，2032PM和C3080對聚丙烯有較好的增韌效果，但溫度為90℃時(shí)的介質(zhì)損耗角明顯上升，不能夠滿足聚丙烯絕緣材料電性能的使用要求（90℃時(shí)的介質(zhì)損耗角不大于1.0×10^-3）；CA10A、CA60A和YH-06對90℃時(shí)介質(zhì)損耗角的影響較小。CA10A、CA60A為丙烯基彈性體，與聚丙烯相容性較好，對聚丙烯固有晶體結(jié)構(gòu)的影響較小，從而對高溫介電性能的影響也相對較小。YH-06為苯乙烯類彈性體，具有極性苯乙烯鏈段，可以構(gòu)成物理交聯(lián)點(diǎn)，使材料內(nèi)部分子間的作用力增強(qiáng)，減少材料內(nèi)部自由體積，抑制電子積累；同時(shí)，苯環(huán)分子結(jié)構(gòu)可俘獲高能電子，提高電性能強(qiáng)度。

為進(jìn)一步說明彈性體對聚丙烯的增韌作用，分析不同聚丙烯/彈性體共混材料的熔融結(jié)晶行為。聚丙烯與不同聚丙烯/彈性體共混材料的DSC結(jié)晶曲線和熔融曲線見圖1，熔融結(jié)晶參數(shù)見表4。

圖1 聚丙烯與5種聚丙烯/彈性體共混材料的DSC結(jié)晶曲線和熔融曲線

表4 不同聚丙烯/彈性體中聚丙烯熔融結(jié)晶參數(shù)

結(jié)合圖1和表4可知，加入彈性體后，聚丙烯的結(jié)晶峰值溫度和熔融峰值溫度變化較小，表明聚丙烯的結(jié)晶方式并未發(fā)生改變。但是，聚丙烯的熔融焓和結(jié)晶度明顯下降，其中YH-06、2032PM和C3080對聚丙烯的結(jié)晶影響較大。通常加入彈性體后，對聚丙烯的結(jié)晶會產(chǎn)生兩種影響：①彈性體柔性鏈段與聚丙烯分子鏈纏結(jié)，對聚丙烯結(jié)晶產(chǎn)生阻礙作用；②彈性體對聚丙烯的結(jié)晶起異相成核作用，即彈性體可作為異相成核劑促使聚丙烯結(jié)晶。在本工作研究的聚丙烯/彈性體共混體系中，彈性體對聚丙烯結(jié)晶的阻礙作用占據(jù)主導(dǎo)地位。彈性體的存在會直接作用于聚丙烯的分子結(jié)構(gòu)，聚丙烯結(jié)晶時(shí)受阻，結(jié)晶不完善，只能夠形成更小的細(xì)晶，導(dǎo)致熔融焓和結(jié)晶度下降。同時(shí)，彈性體的存在還會弱化晶界，提高材料的耐低溫性能和抗沖擊性能。

根據(jù)現(xiàn)有研究，聚丙烯增韌的主要方法是以彈性體為分散相、聚丙烯為基體，進(jìn)行共混增韌。聚丙烯/彈性體共混材料的微觀結(jié)構(gòu)見圖2。其中，5種彈性體均以分散相存在，與基體聚丙烯形成“海-島”結(jié)構(gòu)。以分散相形式分布的彈性體粒子可作為應(yīng)力集中點(diǎn)，在外力作用下發(fā)生形變，通過誘發(fā)大量銀紋或剪切消耗外界沖擊力。同時(shí)，彈性體粒子還可作為銀紋終止劑，阻止銀紋的進(jìn)一步發(fā)展。此外，在基體中產(chǎn)生的銀紋可以在小于其寬度的分散相彈性體粒子上生長，且不會發(fā)展成破壞性裂紋。

由圖2可知，各彈性體分散粒徑較小，約為1μm。對于脆性較大的聚丙烯樹脂，脆韌轉(zhuǎn)變對應(yīng)臨界粒子的間距較小。因此，在彈性體粒徑小的情況下，才能實(shí)現(xiàn)有效增韌。

圖2 5種聚丙烯/彈性體共混材料的掃描電子顯微鏡（SEM）圖

為進(jìn)一步驗(yàn)證彈性體對聚丙烯的增韌效果，選用經(jīng)低溫沖擊試驗(yàn)后未斷裂的樣品，對其表面應(yīng)力發(fā)白現(xiàn)象進(jìn)行觀察。當(dāng)沖擊力作用于聚丙烯/彈性體共混材料表面時(shí)，微觀結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生大量銀紋、微裂紋，甚至微孔，并持續(xù)累積，表現(xiàn)為應(yīng)力發(fā)白現(xiàn)象。5種聚丙烯/彈性體共混材料應(yīng)力發(fā)白的微觀形貌見圖3。

圖3 5種聚丙烯/彈性體共混材料應(yīng)力發(fā)白處微觀形貌

結(jié)合圖3和低溫沖擊時(shí)樣品表面應(yīng)力發(fā)白范圍可知，聚丙烯/YH-06共混材料幾乎未出現(xiàn)應(yīng)力發(fā)白現(xiàn)象；聚丙烯/ C3080 共混材料表面應(yīng)力發(fā)白區(qū)域狹窄；聚丙烯/ 2032PM 共混材料表面應(yīng)力發(fā)白區(qū)域?qū)挾燃s為1cm；聚丙烯/CA10A和聚丙烯/ CA60A 存在明顯的銀紋現(xiàn)象，應(yīng)力發(fā)白區(qū)域?qū)挾瘸^1cm，且發(fā)白嚴(yán)重，表明共混材料在受到外力沖擊時(shí)，為抵抗外力誘發(fā)大量銀紋，銀紋不斷生長變粗，出現(xiàn)應(yīng)力發(fā)白現(xiàn)象。聚丙烯/彈性體共混材料的應(yīng)力發(fā)白現(xiàn)象可以用于體現(xiàn)各彈性體對聚丙烯的增韌效果。由此可知，彈性體對聚丙烯的增韌效果，依次為YH-06、C3080、2032PM、CA10A、CA60A，與表3中測試結(jié)果一致。