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低剂量电子束辐照聚乙烯的流动特性和力学行为

低剂量电子束辐照聚乙烯的流动特性和力学行为

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作者：张忠峰北京化工大学

学位级别：硕士

聚乙烯分子链交联可以提高其机械强度,拓宽其应用范围。高剂量辐照会产生高交联度,可以显著提升聚乙烯机械强度,但丧失了回收再生产的可能性;而低剂量辐照在提升聚乙烯性能的同时保留了其回收再生产性能。不同种类的聚乙烯因其分子结构... 详细信息

聚乙烯分子链交联可以提高其机械强度,拓宽其应用范围。高剂量辐照会产生高交联度,可以显著提升聚乙烯机械强度,但丧失了回收再生产的可能性;而低剂量辐照在提升聚乙烯性能的同时保留了其回收再生产性能。不同种类的聚乙烯因其分子结构的不同,低剂量电子束辐照对其流动特性和力学行为的影响规律不同。本文详细总结了低能量电子束对不同种类聚乙烯性能的影响。论文主要工作及结果如下:(1)分析了低剂量辐照对线性低密度聚乙烯(LLDPE)的影响。通过红外光谱图和偏光显微镜测试结果得出,在辐照剂量为5KGy时,LLDPE粒料以长链支化为主,短支链增多,晶体颗粒细小,随着辐照剂量的增加,LLDPE粒料以辐照交联为主,甲基含量减少,长链增多,晶体结构逐渐形成网状结构;通过毛细管流变测试得出,确实可以提高LLDPE的熔体强度,辐照剂量为10KGy和15KGy时,挤出物料表面的鲨鱼皮波纹减轻甚至消失,并且有挤出涨大现象,但随着辐照剂量的增加,LLDPE的剪切粘度上升,流变性能下降;通过拉伸测试结果得出,LLDPE的拉伸强度随着辐照剂量的提升而上升,屈服强度也随辐照剂量的提升而上升,断裂伸长率的变化规律存在转折,随着辐照剂量的提高,先上升后下降,通过冲击测试得出,LLDPE的冲击强度随着辐照剂量的提高而上升;通过DSC和XRD测试得出,LLDPE的结晶度X。随辐照剂量的增加先升高后降低;通过TGA测试得出,长链支化会降低LLDPE的热分解温度,微交联含量短峰增加提高了 LLDPE的热分解温度;通过TMA测试结果得出,随着微含量的增加,LLDPE的粘流化转变温度及热变形程度提高。(2)分析了低剂量辐照对低密度聚乙烯(LDPE)性能影响。通过红外光谱测试结果得出,低剂量辐照对LDPE的分子结构及分子量分布影响不大,LDPE本身含有大量的长支链和短支链结构,使其更容易发生交联;通过毛细管流变得出,低剂量辐照使LDPE的剪切粘度上升,流动性变差。通过力学测试得出,随着辐照剂量的增加,LDPE的拉伸强度和屈服强度升高,韧性降低,冲击强度提升幅度极小;通过DSC测试结果得出,低剂量辐照可以促进LDPE的结晶,但影响规律性不强;通过TGA测试得出,微交联会提升LDPE的热分解温度;通过TMA测试结果得出,随着微含量的增加,LLDPE的粘流化转变温度及热变形程度提高。低剂量辐照对中密度聚乙烯(MDPE)性能影响的规律与LDPE类似,随着辐照剂量的增加,微交联含量增加,MDPE的剪切粘度升高,毛细管流变性能变差,并且断裂伸长率减小;不同的是MDPE的冲击强度提高,而拉伸强度和屈服强度几乎不变。(3)分析了低剂量辐照对高密度聚乙烯(HDPE)性能的影响。通过红光谱测试结果得出,存在两次不同的长链支化,辐照剂量为5KGy时,HDPE长链支化形成的长支链较多,随着辐照剂量的增加,长链第二次支化,形成的短支链较多。长短支链的形成和微交联的产生共同影响HDPE的流变力学性能;通过毛细管流变测试结果得出,随着辐照剂量的提升,剪切粘度升高,HDPE的流动性变差,出现熔体破裂现象;通过拉伸测试得出,HDPE的拉伸强度和屈服强度随辐照剂量的提高呈现出三种变化,小于15KGy时,几乎保持不变,15KGy-40KGy时,呈现上升趋势,超过40KGy后,呈现下降趋势,断裂伸长率随辐照剂量的提高而降低,通过冲击测试,表明HDPE的冲击强度随辐照剂量的提高先上升后降低,在辐照剂量为10-15KGy时达到峰值;通过DSC测试结果得出,HDPE8007的结晶性能随辐照剂量增加的变化规律也比较复杂,在5KGy和40KGy分别达到峰值;通过TGA测试得出,长链支化会降低LLDPE的热分解温度,微交联含量短峰增加提高了 HDPE的热分解温度;通过TMA测试结果得出,随着微含量的增加,HDPE的粘流化转变温度及热变形程度提高。低剂量辐照对超高分子量聚乙烯(UHMWPE)影响效果与HDPE类似,使UHMWPE的剪切粘度升高,毛细管流变性能变差,但在辐照剂量低于20KGy时,UHMWPE的熔体强度提高。(4)分析低剂量辐照对LDPE/POE和HDPE/POE共混增韧的影响。10wt%的POE 对LDPE和HDPE共混增韧的研究发现,相比于LDPE和HDPE,未辐照LDPE/POE和HDPE/POE的拉伸强度有不同程度的降低,断裂伸长率有不同程度的增加;经过电子束辐照之后,LDPE/POE和HDPE/POE表现出不同的变化规律,LDPE/POE断裂伸长率下降曲线与LDPE相似,几乎平行,HDPE/POE的断裂伸长率呈断崖式下降,POE增韧效果几乎没有。

关键词：低剂量电子束辐照聚乙烯支化交联增韧

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