具有優(yōu)良剛性的增韌高密度聚乙烯工程塑料的研究.pdf

1、對(duì)高密度聚乙烯(HDPE)進(jìn)行增韌，使這一大品種通用塑料能夠作為工程塑料使用，是國(guó)內(nèi)外研究開發(fā)新型工程塑料的一個(gè)重要方向。從目前國(guó)內(nèi)外研究開發(fā)的情況看，用彈性體增韌的增韌效果最好，但是，一般的彈性體增韌使HDPE韌性大幅度提高的同時(shí)，剛性(拉伸屈服應(yīng)力、彎曲彈性模量)卻顯著降低了；用剛性粒子(有機(jī)粒子、無機(jī)粒子)增韌，具有優(yōu)良的剛性，但是，韌性提高的幅度小，而且主要適用于韌性已比較好的HDPE。因此，如何使彈性體增韌HDPE韌性大幅度提

2、高的同時(shí)又能較高的保持優(yōu)良的剛性，是亟待解決的具有重要科學(xué)技術(shù)意義和應(yīng)用價(jià)值的課題。 本工作在分析出一般的彈性體增韌HDPE韌性大幅度提高的同時(shí)剛性顯著降低在結(jié)構(gòu)方面三個(gè)原因的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)出了能呈現(xiàn)優(yōu)良剛性的彈性體增韌HDPE必須具有的結(jié)構(gòu)特征；為了獲得好的技術(shù)/經(jīng)濟(jì)比，設(shè)計(jì)采用增韌母料(TMB)工藝，即首先制備出具有所設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)特征的TMB，用TMB與HDPE熱機(jī)械共混制備增韌HDPE的過程中，將TMB的結(jié)構(gòu)特征“移植’’到增韌

3、HDPE中。 基于此，運(yùn)用本工作研究出的“聚合橋連接、動(dòng)態(tài)硫化、微相分離”制備TMB的原理和技術(shù)，以22∞JHDPE(記為E1)或5∞OSHDPE(記為E2)為基體樹脂，乙丙彈性體和/或丁苯彈性體為增韌劑，加入架橋劑等，．研制出了不同配方的稱為E型的增韌母料(E-TMB，分為E1一TMB和E2．TMB)，將E．TMB與HDPE熱機(jī)械共混，制備出了多種類型的增韌HDPE(HDPE厄．TMB)。采用分級(jí)提取、IR、TEM、PLM、D

4、SC、DTA、SEM、電子萬能試驗(yàn)機(jī)、毛細(xì)管流變儀等研究了E．TMB的化學(xué)與形態(tài)結(jié)構(gòu)、熔體流動(dòng)性，HDPE/E_TMB的形態(tài)結(jié)構(gòu)、力學(xué)性能、脆韌轉(zhuǎn)變機(jī)理，熱性能、熔體流變行為、非等溫結(jié)晶行為等，并提出和驗(yàn)證了表征聚合物、聚合物共混物熔體表觀粘度(na)與溫度(T)及剪切速率(r)關(guān)系的線性方程。得到了如下主要結(jié)果和結(jié)論： l·在所研究的配方范圍內(nèi)，El—TMB和E2．TMB中以接枝共聚物、交聯(lián)聚合物形式存在的彈性體的含量分別為1

5、5.31％～25．56％(占彈性體總量的51．39％～76．∞％)和9·99％～12．85％(占彈性體總量的29．60％～36．83％)，以接枝共聚物、交聯(lián)聚合物形式存在的HDPE的含量分別為2．4l％～11.51％(占HDPE總量的5．27％～19．10％)和4·09％～11.36％(占HDPE總量的7．98％～19．17％)，由于接枝共聚物的含量分別只有0.5l％～4.49％和1．74％～2．34％，所以，這兩類E—TMB中以接枝共

6、聚物、交聯(lián)聚合物形式存在的彈性體及HDPE的絕大多數(shù)，主要是以通過聚合橋鏈連接的HDPE與彈性體交聯(lián)聚合物的形式存在的。制E．TMB的配方，如乙丙彈性體與丁苯彈性體的配比等，對(duì)E．TMB的組成有影響。 E—TMB的形態(tài)結(jié)構(gòu)是：HDPE為連續(xù)相，彈性體是分散相，分散相呈包容有相當(dāng)數(shù)量HDPE的胞狀(香腸狀)結(jié)構(gòu)；HDPE結(jié)晶細(xì)化。 2．E．TMB的結(jié)構(gòu)特征“移植”到了HDPE/E-TMB中，HDPE厄．TMB具有所設(shè)計(jì)的韌

7、性大幅度提高的同時(shí)保持較高剛性所必須的HDPE為連續(xù)相，彈性體為分散相、有一定程度的交聯(lián)、與HDPE間有化學(xué)鍵連接，分散相呈包容有相當(dāng)數(shù)量HDPE的胞狀(香腸狀)結(jié)構(gòu)，HDPE結(jié)晶細(xì)化的結(jié)構(gòu)特征。HDPE結(jié)晶細(xì)化的程度與E．TMB的配方等因素有關(guān)。 3.HDPE/E-TMB呈現(xiàn)出了韌性比原料HDPE大幅度提高的同時(shí)還能比較高的保持HDPE剛性的優(yōu)良性能。如增韌韌性比較差的29¨HDPE，懸臂梁缺口沖擊強(qiáng)度提高到29¨HDPE的1

8、6倍時(shí)，拉伸屈服應(yīng)力、彎曲彈性模量還分別保持在29¨HDPE的78％、63.5％，是一般的彈性體增韌29¨HDPE不可能達(dá)到的。HDPE厄一TMB的增韌效果和剛性保持率與E．TMB的配方等因素有關(guān)。篩選出了適于增韌不同類型HDPE的E．TMB的最佳配方。 4.HDPE厄一TMB的脆韌轉(zhuǎn)變行為與一般的彈性體增韌HDPE(HDPE/彈性體)的顯著不同，如17℃時(shí)，22∞JHDPE/E1-TMB增韌體系在彈性體質(zhì)量含量為3％～10％發(fā)

9、生脆韌轉(zhuǎn)變，而22∞ⅢDPE/彈性體增韌體系在6％～l6％才發(fā)生脆韌轉(zhuǎn)變。揭示出了HDPE厄一TMB增韌體系脆韌轉(zhuǎn)變的機(jī)理是由銀紋一裂紋形變斷裂機(jī)理轉(zhuǎn)變?yōu)榧羟泻屠齑笮巫兒髷嗔训男巫償嗔褭C(jī)理。 5．HDPE/E-TMB的熱和熱氧化穩(wěn)定性比原料HDPE的大幅度提高。如22∞JHDPE/E1-TMB(1∞/0)的熱分解和熱氧化起始溫度分別比2200JHDPE的提高了20．4℃和25．5℃。絕大多數(shù)組成的HDPE/E-TMB的熔點(diǎn)(D

10、SC吸熱峰峰頂溫度)比原料HDPE的有一定程度的提高。 6．在所研究的剪切流動(dòng)條件下，HDPE/E-TMB熔體呈假塑性流體的流變行為，假塑性程度比相應(yīng)原料HDPE的大。HDPE/E-TMBs的ηa均比相應(yīng)原料HDPE的有不同程度的增大，但具有適宜成型加工的熔體粘度。 7．本工作提出的表征聚合物、聚合物共混物熔體ηa與T及·r關(guān)系的ηa=A+KT線型方程，與Arrhenius型方程lnηa=lnA+△Eη/RT相比，有兩個(gè)