高密度聚乙烯耐环境应力开裂改性及性能研究

作     者：魏江涛 

作者单位：贵州大学 

学位级别：硕士

导师姓名：罗筑

授予年度：2016年

学科分类：08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 

主      题：高密度聚乙烯 长支链 耐环境应力开裂 力学性能 流变 

摘      要：在线形高密度聚乙烯(High Density Polyethylene,HDPE)中引入长支链可以增加分子链的缠结,使分子链间移动的阻力变大,晶片之间不易滑脱,有助于整个材料在应力作用下的稳固,提高材料的耐环境应力开裂性。如何将聚合物长链支化的分子结构与聚合物的宏观性能联系起来,对于聚合物的理论发展和高分子材料的工业化至关重要。本论文以哈克转矩流变仪为反应器,通过熔融自由基支化反应制备出了具有长链支化结构特征的高密度聚乙烯,所得材料交联度低,力学性能高,耐环境应力开裂性(ESCR)较线形HDPE有了显著提高。(1)在考察温度和不同种类自由基调控剂对熔融支化反应影响的研究中发现:过高的温度会导致体系中二甲基二硫代氨基甲酸锌(ZDMC)对自由基的稳定和调控作用发挥不充分,反应不易控制,而过低的反应温度不利于HDPE的熔融,使支化反应延后,温度以170℃左右为宜;不同中心原子和不同取代基的二硫代氨基甲酸盐对自由基活性的调控作用不同,以取代基较小且活性较高的ZDMC对反应的调控效果最佳。(2)在大分子自由基自偶合制备长链支化HDPE的研究中发现:随着反应的进行,HDPE逐渐从线形结构转变为支化结构,当反应进行到第二转矩峰峰顶时,分子量达到最大,峰顶所对应的时间为HDPE支化反应的最佳时间,其各项性能达到最佳:所得材料的ESCR和力学性能得到显著提高,ESCR测试时间最大达到为202h,比纯HDPE提高了11.2倍。拉伸强度、弯曲强度和冲击强度分别最大提高了46.3%、24.2%和251%。继续进行反应会导致分子链发生降解,转矩降至平衡时,材料的ESCR和力学性能降低。(3)在新戊二醇二丙烯酸酯(NPGDA)接枝改性制备长链支化HDPE的研究中发现:单体NPGDA在HDPE熔融支化时,起到了促进支化的作用,使支化程度增加。所得材料ESCR和力学性能得到显著提高,ESCR测试时间高达1000h以上,远远高于大分子自由基自偶合改性的样品。同时改性HDPE的力学性能得到显著改善,比同等DCP含量下而不加单体改性样品的冲击、弯曲、拉伸强度最大提高率分别为11.2%、32.5%和42.5%。(4)在多组分高密度聚乙烯复配对HDPE熔融支化的研究中发现:低分子量组分HDPE8920的添加,使材料的MFR逐渐增大,改善了成型加工性能;但是降低了材料的平均分子量,使材料的力学性能降低;少量的HDPE8920加入,没有改变材料的ESCR性能,所得材料ESCR时间大于1000h。(5)与线形结构相比,所得改性材料的储能模量G′、损耗模量G′′和复数粘度η*增加,低频端的损耗角降低,且在δ-ω曲线呈现出一段类似橡胶平台的区域及Cole-Cole图偏离了半圆形,表明长支链的引入改变了线形HDPE的松弛机制;同时长支链的引入改变了材料结晶行为,使材料的起始结晶温度增加,熔融温度升高,晶体结构稳定。