近年来,我国造纸业发展势头强劲。目前,国内许多外资造纸企业主要采用进口塑料纸芯管材,国内一些企业也在加紧开发高刚度高韧性塑料纸芯管。我们早期对聚丙烯管材性能的研究发现:Ziegler-Natta等规聚丙烯管材在使用后出现α晶向β晶转变的现象,使材料易于断裂;而茂金属等规聚丙烯并没有形成新的β晶。这可能与聚丙烯的立体结构分布有关。由于茂金属催化剂价格昂贵,国内生产的聚丙烯多为Ziegler-Natta等规聚丙烯。若能抑制Ziegler-Natta等规聚丙烯在使用过程中的晶型转变,则可延长材料的使用寿命。本课题选用Ziegler-Natta等规聚丙烯为基本原料,采用多官能单体熔融接枝、与聚合物尼龙6熔融共混以及添加α晶成核剂等方法进行改性,改变聚丙烯的结晶行为和聚集态结构,进而抑制两种晶型的转变以提高聚丙烯材料的耐疲劳性。采用差热扫描量热法、X射线衍射、红外光谱、偏光显微镜、简单动态疲劳试验和其他力学性能测试方法对样品的微观结构与性能进行分析表征。得出以下主要结论:(1)聚丙烯熔融接枝改性及其耐疲劳性:(a)季戊四醇三丙烯酸酯(PETA)通过熔融接枝改性成功地接枝到聚丙烯骨架上。这不但提高了聚丙烯/玻纤(PP/GF)共混物的力学性能、聚丙烯/玻纤之间的界面结合力,而且增加了共混体系的熔体强度、共混物的熔点、结晶温度及结晶速率。同时,接枝聚合物能够抑制疲劳过程中β晶型的形成。(b)季戊四醇四丙烯酸酯(PETeA)不但提高了聚丙烯的熔点及结晶温度、使球晶晶粒细化,而且增加了聚丙烯的熔体强度。季戊四醇四丙烯酸酯接枝物可抑制聚丙烯中β晶型的形成。类似地,在循环机械疲劳后,接枝改性的聚丙烯不产生新的β晶,明显抑制了晶型的转变,提高材料的耐疲劳性,增加其使用寿命。(2)聚丙烯共混改性及其耐疲劳性:(a)尼龙6(PA6)充当聚丙烯成核剂,改善了聚丙烯熔体加工性能。尼龙6明显抑制了成型过程中β晶的生成,并在循环疲劳作用中亦无新的β晶生成,即具有抑制β晶形成的作用。(b)α成核剂细化了聚丙烯球晶晶粒尺寸,促进α晶型的形成。在循环疲劳后,聚丙烯也不出现新的β晶。这说明α成核剂亦具有抑制疲劳过程中β晶形成的作用。本课题的特色和创新之处:(1)本课题选用多功能单体熔融接枝改性聚丙烯,提高其熔体强度。动态疲劳试验表明:这种化学接枝改性抑制了聚丙烯晶型的转变,改善了其耐疲劳性。(2)动态疲劳试验发现:选用高结晶温度的聚合物(尼龙6)或α成核剂添加到PP中能明显抑制聚丙烯成型过程和动态疲劳过程中的β晶形成。(3)采用简单的动态疲劳试验方法,可模拟实际应用过程中的聚丙烯材料疲劳过程。