李利娜，李菲，王国锋，程杰，崔景强*

PP/HDPE/POE复合材料的制备及性能研究

李利娜1，李菲2，王国锋2，程杰2，崔景强2*

（1. 河南驼人医疗器械集团有限公司，河南 新乡 453400；2. 河南省医用高分子材料技术与应用重点实验室，河南 新乡 453400）

采用熔融共混法制备PP/HDPE/POE复合材料，研究了HDPE和POE的加入对PP的流动性能、力学性能、热力学性能和流变性能的影响，确定了最优三元共混体系。结果表明：在PP/HDPE体系中，随着HDPE的增加，材料的流动性能变好，断裂伸长率先增大后降低，添加量为5%时，力学性能最优；在三元共混体系中，当POE的添加量为15%时，材料的力学性能最优，因此最优体系为PP/5%HDPE/15%POE，当POE继续增多时，复合材料出现了宏观相分离。

PP；HDPE；POE；力学性能；流变性能

聚丙烯具有卫生无毒、易成型加工、能够避免使用过程中的医源性交叉感染等特点，因此广泛应用于一次性医疗器械，如一次性注射器、输血管、输液管等[1]。由于其存在韧性差、低温脆性高等缺点，医用聚丙烯在韧性要求高、低温使用的医用制品上的应用受到了限制[2-3]。因此，为了适用医用制品的低温韧性要求，需对医用聚丙烯进行增韧改性的研究。

目前主要通过向PP中加入橡胶或弹性体进行增韧改性，弹性体POE由于具有优异的机械强度和高弹性[4-8]，且生产工艺成熟，因此常用于PP的增韧改性。仅加入橡胶或弹性体虽然可以提高PP的韧性，但是其拉伸强度会下降，同时橡胶、弹性体与基体之间较差的相容性又进一步减弱了其增韧效果[9-10]。通过在二元共混体系中加入热塑性塑料、刚性粒子等构建三元共混体系能够在提高PP韧性的同时，保证PP材料的刚性，提高分散相之间的相容性[11-14]。高密度聚乙烯具有耐酸碱、高强度和高耐磨性等优点[15]，在二元共混体系中加入HDPE不仅能够提高PP材料的刚性，而且可以改善共混体系的加工性能。陈延安[16]等研究发现采用HDPE/POE体系对PP进行增韧改性的效果要优于纯POE体系的增韧效果。

本文通过加入HDPE和POE对PP进行增韧改性，采用熔融共混法制备了PP/HDPE/POE复合材料，研究了不同添加量的HDPE和POE对PP的加工性能、力学性能、热力学性能和流变性能的影响，确定了最优三元共混体系，得到了满足韧性要求的医用复合材料。

1 实验部分

1.1 原料

PP，M800E，无规共聚，食品级，上海石油化工股份有限公司；HDPE，8008，食品级，独山子石化；POE，DF640，食品级，三井化学株式会社。

1.2 仪器与设备

高速混合机，SHR-50A，张家港市科培达机械有限公司；双螺杆挤出造粒机组，SASJ20，东莞市圣安塑料机械有限公司；注塑机，DRV4-55T，深圳市德润机械有限公司；熔体流速测试仪，GH-400，东莞市国泓仪器有限公司；万能试验拉伸机，EUT6502，深圳三思检测技术有限公司；摆锤式冲击试验机，XJCU5.5，承德市聚缘检测设备制造有限公司；差示扫描量热仪，DSC25，美国TA有限公司；旋转流变仪，DHR-1，美国TA仪器有限公司。

1.3 复合材料制备

复合材料制备配方如表1所示。

表1 复合材料制备配方

按照表1配比将各组分在高混机中混合均匀，然后放于双螺杆挤出造粒机中，熔融共混，造粒，得到复合材料。将得到的复合材料在80 ℃下烘4 h，然后在注塑机上制备标准力学样条。

1.4 复合材料性能测试

流动性能测试：熔体质量流动速率按照标准GB/T 3682.1—2018进行测试，测试温度为230 ℃，负载为2.16 kg，取样间隔均为10 s。

力学性能测试：拉伸性能按照GB/T 1040进行测试，拉伸速度50 mm·min-1；缺口冲击强度按照GB/T 1043进行测试。

热力学性能测试：采用差示扫描量热分析仪测定材料的热力学性能，测试条件为以10 ℃·min-1的速率升温至205 ℃，保持4 min，再以10 ℃·min-1的速率降温至25 ℃，保持4 min，最后再以10 ℃·min-1的速率升温至205 ℃。

流变性能测试：采用平行板的方式对样品进行流变性能测试，在210 ℃、0.5%的应变下进行动态频率扫描，扫描频率范围为0.1～100 rad·s-1。

2 结果与讨论

2.1 流动性能及力学性能

不同添加量HDPE和POE对复合材料流动性能及力学性能的影响如图1所示。

从图1（a）中可以看出，在PP/HDPE共混体系中，随着HDPE的加入熔体流速逐渐增大，材料的流动性能增强。这是由于HDPE的熔体黏度低于PP，流动性好，HDPE的加入减少了PP分子链间的缠绕，分子间作用力降低。在三元共混体系中，POE的增加使材料的熔体流速逐渐减小，流动性能变差。

从图1（b）、图1（c）和图1（d）可以看出，在PP/HDPE共混体系中，随着HDPE的增多，材料的拉伸强度和冲击强度变化不大，断裂伸长率先增大后减小，当HDPE的添加量为5%时，断裂伸长率最大。因此在三元共混体系中，将HDPE的添加量定为5%。随着POE的增多，材料的拉伸强度逐渐降低，断裂伸长率先增大后减小，冲击强度逐渐增大，当POE的添加量为15%时，断裂伸长率最大。综合HDPE和POE对复合材料流动性能和力学性能的影响，最优共混体系为PP/5%HDPE/15%POE。

2.2 热力学性能

复合材料的DSC结晶参数如表2所示。从表2可以看出，POE的加入对复合材料的熔融温度和结晶温度影响不大，其结晶性能没有太大变化。

表2 复合材料的DSC结晶参数

2.3 流变性能

复合材料的流变性能如图2所示。

从图2（a）和图2（b）中可以看出，随着POE的增多复合材料的储能模量、损耗模量逐渐增大，这是由于POE自身的长链结构和PP/HDPE的链段缠结在一起，增大了分子链段运动时的阻力，因此储能模量和损耗模量增大。分子链的缠结有助于材料断裂伸长率的提高，但是当POE的添加量为20%时，材料的断裂伸长率开始下降，此时复合材料出现了宏观的相分离，图2（c）和（b）中复合材料的Cole-Cole曲线和Han曲线印证了这一点，Cole-Cole曲线已经偏离了圆弧形，Han曲线的斜率逐渐降低，呈现典型的非均相特性。

3 结 论

1）在PP/HDPE共混体系中，当HDPE的添加量为5%时，复合材料的力学性能最优。

2）在三元共混体系中，随着POE的增多，复合材料的流动性能变差，拉伸强度逐渐降低，冲击强度逐渐增大，断裂伸长率先增大后降低，当POE添加量为15%时，断裂伸长率最大，因此最优共混体系为PP/5%HDPE/15%POE。

3）POE的增加导致分子链间的缠结程度逐渐增强，储能模量和损耗模量随之增加。当POE的添加量高于20%时，复合材料出现了宏观相分离。

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Preparation and Properties of PP/HDPE/POE Composites

1,2,2,2，2*

（1. Henan Tuoren Medical Instrument Group Co., Ltd., Xinxiang Henan 453400, China;2. Henan Key Laboratory of Medical Polymer Materials Technology and Application, Xinxiang Henan 453400, China）

PP/HDPE/POE composites were prepared by melt blending. The effects of the addition of HDPE and POE on the fluidity, mechanical properties, thermodynamic properties and rheological properties of PP were studied, and the optimal ternary blend system was determined. The results showed that in PP/HDPE system, with the increase of HDPE, the fluidity of the material became better, the tensile strength and the notch impact strength changed little, and the elongation at break first increased and then decreased. When the amount of HDPE was 5%, the mechanical properties were the best. In the ternary blend system, when the content of POE was 15%, the mechanical properties of the material were the best, so the optimal system was PP/5% HDPE/15% POE. When POE continued to increase, the composite appeared macroscopic phase separation.

PP; HDPE; POE; Mechanical properties; Rheological properties

2021-11-11

李利娜（1991-），女，河南省郑州市人，硕士，2018年毕业于郑州大学化学工艺专业，研究方向：高分子材料改性技术。

崔景强（1979-），男，高级工程师，博士，研究方向：高分子材料改性的研究与开发。

TQ334.1

A

1004-0935（2022）06-0753-04