添加HMWPE的HDPE誘導(dǎo)體系在復(fù)合應(yīng)力場下所成型管材的結(jié)構(gòu)與性能的研究.pdf

1、HDPE管材是一類應(yīng)用廣泛的型材，但傳統(tǒng)管材周向強(qiáng)度較低，在輸送高壓流體時(shí)，往往很難滿足實(shí)際的要求。到目前為止，國內(nèi)外學(xué)者就管材增強(qiáng)技術(shù)進(jìn)行了廣泛的研究，但這些研究中關(guān)于通過在相對低分子量的HDPE中加入少量相對高分子量的HDPE(HMWPE)進(jìn)行誘導(dǎo)結(jié)晶而增強(qiáng)的的研究還剛剛起步。本課題組長期致力于聚烯烴管材的雙向自增強(qiáng)技術(shù)的研究，本論文就是在前人工作的基礎(chǔ)上，將添加有少量HMWPE的誘導(dǎo)體系，通過自制的剪切拉伸雙向復(fù)合應(yīng)力場裝置，對所

2、擠出的自增強(qiáng)管材的性能與結(jié)構(gòu)進(jìn)行了繼續(xù)與深入的研究。 首先研究了三種代表不同分子量的HDPE純料在相同溫度，不同周向剪切轉(zhuǎn)速的工藝下所擠出管材的結(jié)構(gòu)與性能。結(jié)果發(fā)現(xiàn)每種純料經(jīng)過復(fù)合應(yīng)力場后，周軸兩向拉伸強(qiáng)度都明顯提高，其中周向上的提高幅度最為顯著。與常規(guī)擠出(未通過復(fù)合應(yīng)力場)的管材相比，HDPE(2480)周向拉伸強(qiáng)度最高增幅為24.1％，軸向拉伸強(qiáng)度最高增幅為12.7％。 采用SEM，WAXD,DSC等現(xiàn)代測試技術(shù)對

3、試樣內(nèi)部形態(tài)結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征后得到：經(jīng)過復(fù)合應(yīng)力場后，管材內(nèi)部仍然為球晶結(jié)構(gòu)，但晶粒得到了細(xì)化，結(jié)晶度增大，晶體發(fā)生了取向，取向方向是與周軸互成一定夾角。 本實(shí)驗(yàn)重點(diǎn)研究了在相對低分子量HDPE中添加少量HMWPE的誘導(dǎo)體系通過復(fù)合應(yīng)力場所擠出管材的結(jié)構(gòu)與性能。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：誘導(dǎo)體系在復(fù)合應(yīng)力場中制備的管材比純料在復(fù)合應(yīng)力場中制備的管材實(shí)現(xiàn)了更大幅度的雙向自增強(qiáng)：其中HDPE 5421B(2％)：HDPE 2480(98％)誘導(dǎo)體系相較

4、于純料在周軸兩向上拉伸強(qiáng)度分別增長了32％，2.3％； HDPE 5421B(6％)：HDPE 2480(94％)誘導(dǎo)體系相較于純料在周軸兩向上拉伸強(qiáng)度分別增長了49％，6.9％； HDPE 5421B(10％)：HDPE 2480(90％)誘導(dǎo)體系相較于純料在周軸兩向上拉伸強(qiáng)度分別增長了35％，6.4％； 通過SEM，WAXD,DSC等測試技術(shù)對管材內(nèi)部的形態(tài)結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征，我們確認(rèn)這種增強(qiáng)機(jī)理屬于剪切誘導(dǎo)結(jié)晶的

5、增強(qiáng)。 本實(shí)驗(yàn)中，HMWPE含量為6％的誘導(dǎo)體系所產(chǎn)生的誘導(dǎo)結(jié)晶的效果最好。HMWPE太少，則形成的線核數(shù)目不夠，不能很好地誘導(dǎo)結(jié)晶；HMWPE太多，那么它自己也會結(jié)晶或者分子鏈會纏結(jié)在一起，而不會很好得起到促進(jìn)HDPE結(jié)晶的晶軸的作用。 每一個(gè)誘導(dǎo)體系，都有一個(gè)最佳剪切套轉(zhuǎn)速(本實(shí)驗(yàn)中一般為20r/min)。轉(zhuǎn)速過低，造成周向取向的剪切力場弱，取向不明顯；然而剪切套轉(zhuǎn)速的不斷加快，剪切發(fā)熱增大，解取向加劇，取向結(jié)晶結(jié)構(gòu)

6、又被分解。 每一個(gè)誘導(dǎo)體系，都存在一個(gè)最佳剪切應(yīng)力場溫度，使管材獲得最佳力學(xué)性能。溫度過低，附生片晶的分子沒有獲得足夠的活動能力，附生片晶不能形成良好的互鎖結(jié)構(gòu)，并且擠出困難，制品外形不佳且熔接痕明顯；溫度過高，解取向加劇，取向結(jié)晶結(jié)構(gòu)被分解。 冷卻方式的不同導(dǎo)致管材的力學(xué)強(qiáng)度也產(chǎn)生差異。置于空氣中自然冷卻的力學(xué)強(qiáng)度高于置于水中驟冷的力學(xué)強(qiáng)度。 故本課題的研究對于促進(jìn)HDPE管材性能的改善，揭示HDPE誘導(dǎo)體系在