一种无缺口冲击性能检测用标准样品及其制备方法

技术领域

本发明涉及标准样品技术领域，尤其涉及一种无缺口冲击性能检测用标准样品及其制备方法。

背景技术

材料冲击性能是指材料抵抗冲击载荷的能力，冲击强度主要用来判断材料的脆性和韧性程度。在工程应用上，冲击强度是一项重要的性能指标，被广泛地应用于材料性能评估。

冲击试验机是用来评估材料冲击性能的设备，样品测试准确性依赖于设备的准确性，因此保证设备的准确性至关重要。目前设备的校验主要依据一年一次的计量，主要针对设备的参数进行校验，且设备计量周期较长，无法随时监督评估设备的状态。国际化标准组织采用V型缺口标准样品校验试验机，因此冲击标样可以验证冲击试验机并用于设备的日常监督。另外，标样不仅可以对设备进行校验，也可以作为能力验证样品，对人员操作进行一致性比对，并对人员进行监督等。

目前有一些冲击试样和能力验证的样品制备研究，例如：

CN1074543C公开了一种校验冲击试验机用缺口冲击标定样品的制造方法，所述的钢材质化学成分(重量％)为C0.02-0.09，S＜0.01，其余为Fe和不可避免的杂质，上述钢材质经冶炼、铸造、轧制得到所需厚度的钢板，再将钢板中间沿宽度方向较小的部分制备成标样。

塑料冲击试验标准中规定根据不同吸收能量选择不同的摆锤，因此对设备的校验需要多种标准样品，塑料注塑成型成本小且产量高，而金属标准品的加工工艺复杂，成本较高，且金属的冲击吸收能力一般较大，因此金属标准样品不完全适用于塑料冲击试验机的验证。缺口冲击的样品因为有缺口，测试时候会产生应力集中，冲击强度低，对设备的校准不能覆盖全部量程，而无缺口冲击强度较高，因此无缺口冲击标样可以对最大摆锤进行校准核查。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足之处而提供一种无缺口冲击性能检测用标准样品及其制备方法。

为实现上述目的，本发明所采取的技术方案为：

一种无缺口冲击性能检测用标准样品，所述标准样品包含如下重量份的成分：共聚聚丙烯(PP)60～90份、增韧剂1～9份、无机填料5～20份、抗氧剂0.1～2份和偶联剂0.05～1份。

目前市面上较少无缺口的冲击标准样条，本发明选用了常用塑料PP作为基材，结构中引入了少量乙烯单体的共聚PP的尺寸稳定性较均聚PP更好。通过添加增韧剂和填料，并对各组分的用量进行控制，使得制备的PP材料冲击强度可以实现不同范围的跨越，可以满足常规塑料无缺口冲击性能检测用的几个摆锤，并且具有良好的均匀性和长期稳定性，适于检验无缺口冲击性能检测设备的状态、评估作业人员的检测水平。

优选地，所述共聚聚丙烯按照标准GB/T 3862.1-2018，在230℃、2.16kg条件下测得的熔体质量流动速率为5～55g/10min。共聚聚丙烯因其结构中引入少量的乙烯单体使材料的尺寸稳定性较均聚聚丙烯好，以此使聚丙烯基材的标准样品的冲击强度更稳定。熔指越高，流动性能越好，但是熔指太大，抗冲击稳定性相对较差。通过调控聚丙烯树脂的熔体质量流动速率可以获得均匀性和稳定性更好的无缺口冲击性能检测用PP基标准样品。

优选地，所述增韧剂为聚乙烯(PE)、POE、三元乙丙橡胶中的至少一种。

进一步优选地，所述增韧剂为聚乙烯和POE的复配物；所述复配物中PE和POE的重量比为(2.4～3.5):1。PE具有良好的耐冲击性能，但拉伸强度较低，耐蠕变性、抗老化性相对较差；POE与PP树脂的相容性较好，其传递应力的能力较好，能使复合材料的韧性明显提高，但对拉伸强度、弯曲强度会产生不利影响。本申请发明人通过实验证实，POE和PE之间具有协同效应，增韧效果明显优于POE或PE单独对PP的增韧。当两者以上述配比复配后，制备的聚丙烯复合材料具有更优异的均匀性和稳定性。

优选地，所述聚乙烯按照标准GB/T 3862.1-2018，在190℃、2.16kg条件下测得的熔体质量流动速率为2～20g/10min；所述POE按照标准GB/T 3862.1-2018，在190℃、2.16kg条件下测得的熔体质量流动速率为0.5～15g/10min。

优选地，所述无机填料为滑石粉、纳米碳酸钙、云母、硅灰石中的至少一种；所述偶联剂为钛酸酯类偶联剂。钛酸酯类偶联剂可提高填料的分散性，提高材料的力学性能和抗老化能力。

优选地，所述无机填料为滑石粉和纳米碳酸钙的复配物；所述复配物中滑石粉和纳米碳酸钙的重量比为(1.5～2.5):1。滑石粉可以增加尺寸的稳定性，分散性较好；纳米碳酸钙也有助于提高产品的尺寸稳定性，可以提高塑料的加工性能。本申请发明人通过实验证实，当滑石粉与纳米碳酸钙的重量比符合上述限定时，制备出的聚丙烯复合材料的均匀性和稳定性更好，更适合作为无缺口冲击性能检测用标准样品。

优选地，所述抗氧剂为受阻酚类抗氧剂、亚磷酸酯类抗氧剂中的至少一种。所述受阻酚类抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂1076等；所述亚磷酸酯类抗氧剂为抗氧剂168、抗氧剂618等。进一步优选地，所述抗氧剂为受阻酚类抗氧剂和亚磷酸酯类抗氧剂重量比为(0.8～1.2):1的复配物。受阻酚类抗氧剂与亚磷酸酯类抗氧剂具有协同作用，可以使制备出的聚丙烯复合材料具有长久的抗氧化性能。

同时，本发明还公开了一种所述标准样品的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

(1)按配比将各组分混合均匀；

(2)将混合均匀的物料加入双螺杆挤出机中挤出造粒；

(3)将粒料注塑成样条，得到所述标准样品。

优选地，所述步骤(1)中，使用高混机混合1～3min；所述步骤(2)中，双螺杆挤出机的具体工艺参数如下：挤出机温度为80～250℃，主机转速250～600转/分钟；所述双螺杆挤出机的长径比为(35-45):1；所述步骤(3)中，注塑条件为：注塑机温度为180～250℃，射胶压力和保压压力40～60bar，背压表控制为1～2MPa。注塑完成后在标准环境下(温度23±2℃，湿度50±5％)调节至少24h后再进行检测。

相比于现有技术，本发明的有益效果为：本发明为从事塑料检测的实验室提供了日常评估无缺口冲击测试系统的标准样品，可帮助提高设备的日常监督频率。通过对增韧剂、无机填料的成分进行选择，极大地提高了标准样品的均匀性和长期稳定性。

具体实施方式

为更好地说明本发明的目的、技术方案和优点，下面将结合具体实施例对本发明作进一步说明。

实施例和对比例中使用的材料如下：

共聚聚丙烯1：按照标准GB/T 3862.1-2018，在230℃，2.16kg的测试条件下熔体流动速率为55g/10min，PP EP648U，中海壳牌石油化工有限公司提供；

共聚聚丙烯2：按照标准GB/T 3862.1-2018，在230℃，2.16kg的测试条件下熔体流动速率为30g/10min，PP EP548R，中石化化工销售(天津)有限公司；

共聚聚丙烯3：按照标准GB/T 3862.1-2018，在230℃、2.16kg条件下测得的熔体质量流动速率为8g/10min，PP SP179(兰化)，中国石油天然气股份有限公司西南化工销售分公司；

共聚聚丙烯4：按照标准GB/T 3862.1-2018，在230℃，2.16kg的测试条件下熔体流动速率为100g/10min，PP7945E1，成都金发非保税工厂；

均聚聚丙烯：按照标准GB/T 3862.1-2018，在230℃、2.16kg条件下测得的熔体质量流动速率为25g/10min，PP Z30S，中国石油天然气股份有限公司独山子石化分公司；

聚乙烯1：按照标准GB/T 3862.1-2018，在190℃、2.16kg条件下测得的熔体质量流动速率为7g/10min，PE HD85612 IM，中国石化化工销售有限公司华中分公司；

聚乙烯2：按照标准GB/T 3862.1-2018，在190℃、2.16kg条件下测得的熔体质量流动速率为2g/10min；LLDPE DFDA-7042，四川中美达塑胶有限公司；

聚乙烯3：按照标准GB/T 3862.1-2018，在190℃、2.16kg条件下测得的熔体质量流动速率为20g/10min，LLDPE DNDA8320大庆石化，中国石油天然气股份有限公司西南化工销售分公司；

聚乙烯4：按照标准GB/T 3862.1-2018，在190℃、2.16kg条件下测得的熔体质量流动速率为1.0g/10min，LLDPE ENABLE2010PA，广东金发科技有限公司；

POE 1：按照标准GB/T 3862.1-2018，在190℃、2.16kg条件下测得的熔体质量流动速率为1.2g/10min，POE DF810，日本三井集团；

POE 2：按照标准GB/T 3862.1-2018，在190℃、2.16kg条件下测得的熔体质量流动速率为0.5g/10min，POE DF605，日本三井集团；

POE 3：按照标准GB/T 3862.1-2018，在190℃、2.16kg条件下测得的熔体质量流动速率为15g/10min，POE ENGAGE 8137，DOW CHEMICAL PACIFIC LTD.；

POE 4：按照标准GB/T 3862.1-2018，在190℃、2.16kg条件下测得的熔体质量流动速率为35g/10min，POE DF7350，日本三井集团；

滑石粉：市售；

纳米碳酸钙：市售；

偶联剂1：双(二辛氧基焦磷酸酯基)乙撑钛酸酯，市售；

偶联剂2：硅烷偶联剂KH550，市售；

抗氧剂：抗氧剂1010，市售；抗氧剂168，市售；抗氧剂1010和抗氧剂168的重量比为1:1。

实施例和对比例中使用的滑石粉、纳米碳酸钙、偶联剂1、偶联剂2、抗氧剂均为同种物质。

实施例1～10

本发明所述标准样品的实施例，实施例1～10的配方如表1所示，制备方法如下：

(1)按配比将各组分加入高混机中，混合2min，得到预混料；

(2)将预混料加入双螺杆挤出机中挤出造粒，得到粒料；双螺杆挤出机的具体工艺参数如下：一区温度80-120℃，二区温度190-210℃，三区温度210-220℃，四区温度210-220℃，五区温度210-220℃，六区温度210-220℃，七区温度210-230℃，八区温度210-230℃，九区温度210-230℃，主机转速400转/分钟；所述双螺杆挤出机的长径比为40:1；

(3)将粒料置于注塑机内注塑成样条；注塑机具体参数如下：注塑机温度为200℃，射胶压力和保压压力50bar，背压表控制为1MPa；

(4)在标准环境下调节24h后再作测试。

对比例1

对比例1为聚丙烯复合材料，其配方如表1所示，制备方法与实施例1相同。

表1(重量份)

实施例11～13

本发明所述标准样品的实施例，实施例11～13与实施例2的区别仅在于，共聚聚丙烯的种类不同，分别为共聚聚丙烯2～4。

实施例14～16

本发明所述标准样品的实施例，实施例14～16与实施例2的区别仅在于，聚乙烯的种类不同，分别为聚乙烯2～4。

实施例17～19

本发明所述标准样品的实施例，实施例17～19与实施例2的区别仅在于，POE的种类不同，分别为POE 2～4。

实施例20

本发明所述标准样品的一种实施例，本实施例与实施例2的区别仅在于，偶联剂的种类不同，为硅烷偶联剂KH550。

对比例2

一种聚丙烯复合材料，所述聚丙烯复合材料与实施例2的区别仅在于，以均聚聚丙烯替代了共聚聚丙烯。

对实施例和对比例的性能进行测试，按照标准GB/T 1843-2008进行无缺口冲击性能测试，重复10个批次，每个批次测两个样，将测试结果记录在表2中。

表2(冲击强度kJ/m

采用《CNAS-GL03-2018能力验证样品均匀性和稳定性评价指南》4.1均匀性检验的要求和方法以及4.2单因子方差分析法进行样品的均匀性验证，结果如表3所示。

表3

由表3可知，实施例1～20的F值均小于临界值F

实施例13、16、19分别为聚丙烯、PE和POE的熔体质量流动速率不在优选的范围内，制备出的标准样品的F值相对较高，该结果表明聚丙烯、PE和POE的熔体质量流动速率会对标准样品的均匀性产生较大的影响。实施例20中使用的偶联剂为硅烷偶联剂，相比于钛酸酯偶联剂，制备出的标准样品的均匀性也相对会差一些。

对比例1中由于无机填料的加入量超过了20份，在体系中的分散性相对较差，影响了聚丙烯复合材料的均匀性。对比例2中使用的聚丙烯为均聚聚丙烯，相比于共聚聚丙烯，在进行无缺口冲击性能检测时，均匀性更差。

将标准样品放置180天后，再按照标准GB/T 1843-2008测试冲击性能，取20个样品，分10组，每组测2个样，将测试结果平均值记录在表4中。

表4(冲击强度kJ/m

采用《CNAS-GL03-2018能力验证样品均匀性和稳定性评价指南》t检验法中的两个平均值之间的一致性检验样品的稳定性。将均匀性检验数据作为其中一个平均值，将放置180天后的20根样品测试数据平均值作为另一个平均值，结果如表5所示。

表5

由上述测试结果可知，实施例1～20的t值均小于临界值t

最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，但并不脱离本发明技术方案的实质和范围。