高密度聚乙烯(HDPE)土工合成材料光氧老化性能研究.pdf

1、目前，隨著高密度聚乙烯（HDPE）土工合成材料在工業(yè)上的不斷發(fā)展以及在各個領域中的廣泛應用，對于HDPE土工合成材料的耐老化性能方面的研究及其壽命的預測顯得越來越重要。材料在自然環(huán)境下的老化性能測試雖然具有較好的模擬效果，但由于其老化時間較長，且環(huán)境的非控制性因素影響較大。因此，一般條件下，材料的老化試驗可以通過室內(nèi)人工加速老化試驗的方法進行。但由于不同光源的發(fā)光波譜及其紫外輻射強度的不同，均會造成老化試樣的降解程度存在一定差異性。因而

2、，對HDPE土工合成材料的光氧老化動力學過程進行探究以及分析不同紫外輻射強度對其老化性能的影響是十分必要的。
　　本課題以HDPE土工膜為研究對象，在UVA340型和UVB313型兩種紫外光源作用下采用人工加速老化的試驗方法進行光氧老化試驗。并對老化試樣進行了宏觀力學性能（斷裂強力、斷裂伸長）測試，較整體地了解試樣的老化性能變化情況。同時對老化試樣進行了熔融指數(shù)（MI）、結晶度（DSC）和傅里葉變換紅外光譜（FTIR）等微觀表征。

3、探究了HDPE土工合成材料光氧老化降解的動力學過程，并分析了不同紫外輻射強度下HDPE土工合成材料老化性能的相關性。
　　具體的研究工作如下：
　?。?）為了探究同種光源下試樣老化性能的差異性，選用UVA340型（1根、2根及4根燈管）光源進行老化試驗。試驗發(fā)現(xiàn)，老化試樣的光氧老化反應速率與紫外輻射強度不成比例，且不同紫外輻射強度下其老化機理不發(fā)生變化。熔融指數(shù)分析指出隨著輻射強度的增加，相對分子質(zhì)量均先增大后減小，但其內(nèi)部

4、結晶度增幅不大，僅為10％左右，不能充分說明HDPE土工膜材料老化降解的主要原因。而紅外光譜分析中，在波數(shù)為1712cm-1和1740cm-1處生成的酮羰基和酯羰基的雙羰基吸收峰，以及908cm-1波數(shù)處的乙烯基吸收峰，均加速了HDPE材料降解反應速率。試驗結果表明：同種光源下，累積紫外輻射能相同時，試樣的老化程度不一致，因此互易定律不適用于HDPE土工合成材料老化相關性建立，而需要在互易定律的基礎上引入常數(shù)p，即Schwarzschi

5、ld定律，并結合阿列紐斯（Arrhenius）反應速率函數(shù)模型對其建立老化相關性。試驗發(fā)現(xiàn)，當常數(shù)p=0.77時，同種光源下不同紫外輻射強度之間存在較好的相關性，試樣的力學性能與平均紫外輻射強度和老化時間之間的關系方程為：斷裂強力保持率：(此處公式省略)斷裂伸長保持率：（此處公式省略）式中，I為紫外輻射強度，W·m-2；t為老化時間，h。
　?。?）為了探究不同光源下試樣老化性能的差異性，選用UVA340型（4根燈管）和UVB31

6、3型（4根燈管）進行對比分析，并進行宏、微觀表征。熔融指數(shù)分析表明UVA340型光源下試樣老化程度遠小于UVB313型，但兩種紫外光源的老化機理仍未發(fā)生變化，均在紅外光譜圖中波數(shù)為1712cm-1和1740cm-1處生成了酮羰基和酯羰基的雙羰基吸收峰。試驗結果表明，累積紫外輻射能相同時，UVA340型和UVB313型光源下力學性能存在顯著性的差異，使其仍不適用于基礎的互易定律。由于光源的發(fā)光光譜不同，且材料存在最敏感波長，使得不同光源下

7、試樣的老化試驗存在有效紫外輻射能的概念。通過對UVA340型和UVB313型兩種光源波譜的計算，則有效輻射系數(shù)α1和α2的值分別為0.56和0.84。
　　綜合以上結論，不同紫外輻射強度下的HDPE土工合成材料的老化機理并未發(fā)生改變，但其老化反應速率并不與輻射強度的成比例變化一致。同時，由于兩種紫外光源發(fā)光機制不同，因此引入有效輻射系數(shù)的概念來提高人工加速老化試驗對戶外大氣環(huán)境的模擬效果，為HDPE土工合成材料在自然條件下的壽命預