基于应力诱导反应的hdpe基材料高性能化的研究

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1、⋯堡墨一一————基于应力诱导反应的HDPE基材料高性能化的研究耪鞲擎专监博士生：张云灿指导教师：李惠林教授摘要本文剽用超声作用诱导聚合杨材料的可控降解，产生活性岛国基，实现通用高分予材料的官能化，拓宽超声辐照技术在高分子材料中的应用领域，为HDPE熔融挤出富姥他提供一项炙浮染、麓捷离散、反应条传瀑和、可以避免或籀裁交联副反应酌薪的技术路线，磷究HDPE富能纯产物对HDPE基材料结构和性能的影响，为通过在加工过程中调控形态结构，寓现HDPE基材料高性能化提供理论岛实践依据。分裂采蠲在溶酝揍滋逡翟孛弓l入越声振动鞠挺麓藏擦释揍蠢辘螺耪转速的高剪切成力诱导方法，引

2、发HDPE与马来酸酐(MAll)、及HDPE与马来酸酐及丙烯酸酯基硅烷(A174)的熔融挤出宫能化反应；进行HDPE，CaC03共德饕辩懿羧控；磅究试群成型冷餐遮攀怼HDPE僦晓荚瀑秘瓣壤韵效莱及基体结晶的影响，观黧HDPEIGF乖孝料试样断面形貌及其与力学性能及基体结晶间的关系。通过化学分析、特性粘数测定、FnIR、‘H．NMR、WAXD、DSC和SE糙分辑以及楗料力学性髭试验豹结果表嬲：1．在HDPE材料髂融挤出过程中所引入超声振动或提高螺杆转速，可促进HDPE大分子链的断链反应，引发HDPE与MAH、或HDPE与MAH及A174的官能他反应。寅毙忱反应产

3、物的接技(嵌段)率稆熔体流动速率敬决于体系中静应力俸您强度、MAtt穗A174斡禽蕊以及官§＆倔爱应温度。摘要通过调控可控制制得具有较高接枝(嵌段)率、较好熔体流动性和较低凝胶含量的官能化产物。2．超声引发官能化反应主要经历HDPE分子链的断裂、生成大分子自由基，大分子自由基与MAH的反应，以及酸酐化的大分子自由基与大分子自由基或与氢自由基间的歧化或偶合终止的反应步骤进行。所得产物结构以链端带酸酐环的反应产物为主，同时还使部分反应产物分子链的端部产生了双键结构。由过氧化物引发HDPE与MAH的官能化反应主要以侧链接枝反应产物为主。3．与采用过氧化物引发剂引发方

4、法相比较，超声引发官能化方法抑制了官能化反应过程中的交联副反应，270"C和275W的超声功率条件下，产物的熔体流动速率可由0．05g／10min提高到1．89／10min，易于控制。与热引发方法相比较，在270℃和275W的超声功率条件下，超声引发方法产物的接枝(嵌段)率可由0．1l％提高到0．5‰明显提高了产物的接枝(嵌段)率。4．与热引发官能化方法相比较，随着螺杆转速由50rpm增加至600rpm，其高剪切应力诱导引发官能化方法产物的接枝(嵌段)率由O．08％提高至O．68％，熔体流动速率由O．3Sg／lOmin提高至1．29／10min，明显提高了产物

5、的接枝(嵌段)率和熔体流动速率。与过氧化物引发方法产物的熔体流动速率0．2Ig／10min相比较，高剪切应力诱导引发方法避免了一般引发剂引发HDPE官能化过程中的交联副反应。5．与过氧化物引发剂引发所得官能化产物相比较，应力诱导引发官能化产物HDPV,-gtb)-MAH具有较高的偶联反应活性。其中超声引发官能化产物可使HDPE／HDPE-g(b)一MAH／GF(58／12／30)材料的拉伸强度、弯曲强度及弯曲模量分别由38．7MPa、44．1MPa及2950MPa提高至55．8MPa、64．0MPa及4320MPa，Izod冲击强度由5t3kJ／m2提高至12

6、．7kJ／m2；高剪切应力诱导引发官能化产物可使HDPE／HDPE．g(b)-MAH／GF(65．7／7．3／27)材料的拉伸强度、弯曲强度和Charpy缺口冲击强度分别由48．6MPa、78．3MPa和16．3kJ／m2提高至62．2MPa、95．0MPa和20．5kJ／m2，明显提高了HDPE／GF材料的力学性能。摘要6．在HDPE／CaC03材料的挤出共混过程中引入超声振动或提高双螺杆挤出机螺杆转速，可促进CaC03颗粒聚集体的破碎与分散，引发产生大分子自由基，促进CaC03表面及其偶联助剂与HDPE间的结合，提高其共混材料力学性能。可使HDPE／CaC

7、03(70／30)共混材料缺口冲击强度由超声强度0W时的25．4kJ／m2提高至160W时的33．6kJ／m2；由100rpm螺杆转速时的36，5kJ／m2提高至200rpm时的50．5kJ／m2，缺口冲击强度提高达40～50％，其材料断裂伸长率、弯曲强度及模量亦有一定增加。7．材料形态分析发现在具有较高力学性能的HDPE／GF材料界面处存在具有一定厚度的取向晶体层结构，材料的界面粘结力是决定此种取向晶体层的形成及其厚度的关键：适宜的试样成型冷却速率条件有利于HDPE／CaC03共混材料界面应力的诱导结晶作用，可使共混材料增韧效果和基体结晶度显著增大。关键词：

8、超声振动双螺杆挤出机螺杆转速应力诱导反