聚烯烃在强剪切应力和少量高分子量聚烯烃诱导下的结构与性能

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1、t一』．四川大学博士学位论文聚烯烃在强剪切应力和少量高分子量聚烯烃诱导下的结构与性能材料加工工程专业博士生：雷军指导教师：申开智教授摘要聚烯烃塑料作为一类最为常用的聚合物，其增强改性历来受到高度重视，尤其是利用新技术和新设备增强改性更是近年来的一个发展趋势。常规的增强改性聚烯烃塑料的方法是共混和填充。前者一般是用与工程塑料共混来增强，后者常用无机粒子或纤维填充增强改性通用聚烯烃塑料。这些方法各自都存在一些问题，比如：界面粘接强度、流动性、分散性和回收等问题。因此用更简单的方法(比如：通用聚烯烃与聚烯烃共混增强)和具有特殊功能的设备来实现增强

2、改性通用聚烯烃塑料是一项极有意义的课题。本课题运用动态保压注射成型设备研究了高密度聚乙烯(加)PE5000s)在高分子量聚乙烯(冈v【wPE)诱导下的结构与性能。制备出了高强度强韧性HDPE／HM'WPE共混物，特别是在流动方向上，共混物的拉伸强度与静态注射试样(常规注射成型试样)相比提高了约235％，而且在拉伸过程中还保持延性断裂，有近150％的断裂伸长率；在垂直于流动方向上拉伸性能也能得到30％左右的提高，其断裂方式为塑性断裂。而纯HDPE通过动态保压技术在实现双向增强时，流动方向上的拉伸强度最高能提高50％，在垂直于流动方向上的拉伸强

3、度也只能提高近30％。通过两者的对比可以判断加入少量I-IMWPE(<10％)确实能诱导I-IDPE的结晶和取向，使复合物的拉伸性能得到极大的提高。通过扫描电子显微镜(SEM)，可以观测到HDPE在HMWPE诱导下生成了一种全新类似网状的结构(暂取名为网状串晶：web-shish-kebab)，结构中的片晶相‘■lr摘要互连接，就象是编织的一张片晶网，故能使共混体系的性能得到极大的提高。结合差示扫描量热法(DSC)和广角x射线衍射(w越①)技术可知，高强度强韧性的共混物中并未出现新的晶型，仍然是片晶，只不过在剪切层中相邻的取向片晶相互连接(

4、interlinking)起来了，这是共混物的强度和韧性得以大大提高的重要原因。而在芯层和表层仍然是未取向的片晶(球晶)，这与传统的注射成型试样是相同的。这种新结构不同于串晶(shish．kebabs)，串晶的晶片(kebabs)并没有相互连在一起，其晶片间有明显的分界线，只是成串的片晶间有互锁(interlocking)的现象。本文中发现的新结构无疑是对传统的串晶结构认识上的一个重大突破。通过对比性能较好的试样和性能较差的试样的微观结构，发现性能较好的试样中的片晶连接很好，而性能较差的试样中的片晶却连接不完善，这又进一步证明是取向片晶的互

5、连(即网状串晶结构)导致了共混物的高强度和强韧性。、通过研究另一种注塑级HDPE(6070EA)后，发现动态保压注射成型技术对tHDPE(60r7衄IA>用MwPE共混物和纯I-IDPE(6070EA)都能制备出双向增强：试样，HMWPE的诱导作用能进一步提高试样在流动方向的拉伸强度，但其增7强的幅度远不如HDPE(5000S)。扫描电镜图片显示复合物试样的剪切层也是上述的类似网状的结构(网状串晶：web-shish-kebab)，只不过与HDPE(5000s)：／HMWPE试样的网状结构相比，相互连接的片晶数量较少，表现出不完善，故在性能

6、方面也不如HDPE(5000s)用MwPE复合物的增强效果。可见，用HMWPE和动态保压注射成型设备的高剪切应力来诱导I-IDPE的结晶和取向也与体系本身的分子量大小或流动性有关。．在均聚聚丙烯中加入少量高分子量聚丙烯(mdwPP)也能提高共混物在流动方向上的拉伸强度和冲击强度，特别是冲击强度被大大地提高了(提高约170％)，即使与纯PP的动态试样相比也提高了100％。由此可明确地断定HMWPP对PP的诱导作用是显著的。但是，垂直于流动方向上的强度却变化不大。从微观结构来看。共混体系PP／HMWPP的静态试样中一般没有B晶型，而在动态试样中

7、明显出现了B晶型，这是共混物冲击性能大大提高的原因之一，由DSC的测试结果也能证明D晶的存在。根据SEN[照片可以看出，在表层和芯层是未取向的球晶，而在剪切层是取向极为规整的片晶和串晶结构。这种独特的结构是共混物机械性能提高的一个重要保证。Ⅱ，1，、．，t●四川大学博士学位论文在共聚PP中加入少量HMWPE后，共混物PP(K8303)／HMWPE的动态试样在流动方向上的拉伸强度得到了较大的提高，与静态试样相比最大提高量达67％，与纯PP的动态试样相比最大提高量也达51％(从25．8Kl／m2到43．IKJ／m2)，可见HMWPE对PP(K8

8、303)的诱导作用也是相当显著的。然而，添加HMWPE对静态试样和动态试样在TD方向上的拉伸性能却无明显的影响。从扫描电镜看共混物的结构可知，PP(K8303)／HMWPE共混物