基于應(yīng)力誘導(dǎo)反應(yīng)的HDPE基材料高性能化的研究.pdf

1、本文利用超聲作用誘導(dǎo)聚合物材料的可控降解，產(chǎn)生活性自由基，實(shí)現(xiàn)通用高分子材料的官能化，拓寬超聲輻照技術(shù)在高分子材料中的應(yīng)用領(lǐng)域，為HDPE熔融擠出官能化提供一項(xiàng)無污染、簡捷高效、反應(yīng)條件溫和、可以避免或抑制交聯(lián)副反應(yīng)的新的技術(shù)路線，研究HDPE官能化產(chǎn)物對HDPE基材料結(jié)構(gòu)和性能的影響，為通過在加工過程中調(diào)控形態(tài)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)HDPE基材料高性能化提供理論與實(shí)踐依據(jù)。 分別采用在熔融擠出過程中引入超聲振動和提高雙螺桿擠出機(jī)螺桿轉(zhuǎn)速的

2、高剪切應(yīng)力誘導(dǎo)方法，引發(fā)HDPE與馬來酸酐(MAH)、及HDPE與馬來酸酐及丙烯酸酯基硅烷(A174)的熔融擠出官能化反應(yīng)；進(jìn)行HDPE/CaCO3共混材料的改性；研究試樣成型冷卻速率對HDPE/CaCO3共混材料增韌效果及基體結(jié)晶的影響，觀察HDPE/GF材料試樣斷面形貌及其與力學(xué)性能及基體結(jié)晶間的關(guān)系。通過化學(xué)分析、特性粘數(shù)測定、FT-IR、1H-NMR、WAXD、DSC和SEM分析以及材料力學(xué)性能試驗(yàn)的結(jié)果表明： 1.在H

3、DPE材料熔融擠出過程中所引入超聲振動或提高螺桿轉(zhuǎn)速，可促進(jìn)HDPE大分子鏈的斷鏈反應(yīng)，引發(fā)HDPE與MAH、或HDPE與MAH及A174的官能化反應(yīng)。官能化反應(yīng)產(chǎn)物的接枝(嵌段)率和熔體流動速率取決于體系中的應(yīng)力作用強(qiáng)度、MAH和A174的含量以及官能化反應(yīng)溫度。通過調(diào)控可控制制得具有較高接枝(嵌段)率、較好熔體流動性和較低凝膠含量的官能化產(chǎn)物。 2.超聲引發(fā)官能化反應(yīng)主要經(jīng)歷HDPE分子鏈的斷裂、生成大分子自由基，大分子自由

4、基與MAH的反應(yīng)，以及酸酐化的大分子自由基與大分子自由基或與氫自由基間的歧化或偶合終止的反應(yīng)步驟進(jìn)行。所得產(chǎn)物結(jié)構(gòu)以鏈端帶酸酐環(huán)的反應(yīng)產(chǎn)物為主，同時還使部分反應(yīng)產(chǎn)物分子鏈的端部產(chǎn)生了雙鍵結(jié)構(gòu)。由過氧化物引發(fā)HDPE與MAH的官能化反應(yīng)主要以側(cè)鏈接枝反應(yīng)產(chǎn)物為主。 3.與采用過氧化物引發(fā)劑引發(fā)方法相比較，超聲引發(fā)官能化方法抑制了官能化反應(yīng)過程中的交聯(lián)副反應(yīng)，270℃和275W的超聲功率條件下，產(chǎn)物的熔體流動速率可由0.05g/10

5、min提高到1.8g/10min，易于控制。與熱引發(fā)方法相比較，在270℃和275W的超聲功率條件下，超聲引發(fā)方法產(chǎn)物的接枝(嵌段)率可由0.11％提高到0.5％，明顯提高了產(chǎn)物的接枝(嵌段)率。 4.與熱引發(fā)官能化方法相比較，隨著螺桿轉(zhuǎn)速由50rpm增加至600rpm，其高剪切應(yīng)力誘導(dǎo)引發(fā)官能化方法產(chǎn)物的接枝(嵌段)率由0.08％提高至0.68％，熔體流動速率由0.38g/10min提高至1.2g/10min，明顯提高了產(chǎn)物的

6、接枝(嵌段)率和熔體流動速率。與過氧化物引發(fā)方法產(chǎn)物的熔體流動速率0.2g/10min相比較，高剪切應(yīng)力誘導(dǎo)引發(fā)方法避免了一般引發(fā)劑引發(fā)HDPE官能化過程中的交聯(lián)副反應(yīng)。 5.與過氧化物引發(fā)劑引發(fā)所得官能化產(chǎn)物相比較，應(yīng)力誘導(dǎo)引發(fā)官能化產(chǎn)物HDPE-g(b)-MAH具有較高的偶聯(lián)反應(yīng)活性。其中超聲引發(fā)官能化產(chǎn)物可使HDPE/HDPE-g(b)-MAH/GF(58/12/30)材料的拉伸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度及彎曲模量分別由38.7MPa

7、、44.1MPa及2950MPa提高至55.8MPa、64.0MPa及4320MPa，Izod沖擊強(qiáng)度由5.3kJ/m2提高至12.7kJ/m2；高剪切應(yīng)力誘導(dǎo)引發(fā)官能化產(chǎn)物可使HDPE/HDPE-g(b)-MAH/GF(65.7/7.3/27)材料的拉伸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度和Charpy缺口沖擊強(qiáng)度分別由48.6MPa、78.3MPa和16.3kJ/m2提高至62.2MPa、95.0MPa和20.5kJ/m2，明顯提高了HDPE/GF材料的

8、力學(xué)性能。 6.在HDPE/CaCO3材料的擠出共混過程中引入超聲振動或提高雙螺桿擠出機(jī)螺桿轉(zhuǎn)速，可促進(jìn)CaCO3顆粒聚集體的破碎與分散，引發(fā)產(chǎn)生大分子自由基，促進(jìn)CaCO3表面及其偶聯(lián)助劑與HDPE間的結(jié)合，提高其共混材料力學(xué)性能?？墒笻DPE/CaCO3(70/30)共混材料缺口沖擊強(qiáng)度由超聲強(qiáng)度OW時的25.4kJ/m2提高至160W時的33.6kJ/m2；由100rpm螺桿轉(zhuǎn)速時的36.5kJ/m2提高至200rpm時的