碳酸钙粒子增韧高密度聚乙烯的脆韧转变_Wu_省略_增韧理论聚合物共混物脆韧转变判

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1、第28卷第5期应用化学Vol．28Iss．52011年5月CHINESEJOURNALOFAPPLIEDCHEMISTRYMay2011殝檵檵檵檵殝檵檵殝研究论文檵檵檵檵殝碳酸钙粒子增韧高密度聚乙烯的脆韧转变———Wu氏增韧理论聚合物共混物脆韧转变判据的适用条件a，ba，ba*胡跃鑫冯玉林姜伟ab(中国科学院长春应用化学研究所，高分子物理与化学国家重点实验室长春130022;中国科学院研究生院北京)摘要采用不同尺寸的碳酸钙粒子增韧高密度聚乙烯，研究了不同温度下共混体系的临界粒子间距与碳酸钙粒子尺寸和含量之间的关系，确定了温度是Wu氏增韧理论临

2、界粒子间判据适用性的重要影响因素。结果表明，在17℃下，临界粒子间距与碳酸钙粒子的尺寸和含量无关，该条件下Wu氏增韧理论临界粒子间距判据是适用的;而随着温度的升高，发现临界粒子间距依赖于碳酸钙粒子的尺寸，表明高温条件下，Wu氏增韧理论临界粒子间距判据不再适用。关键词聚合物增韧，粒子间距，脆韧转变中图分类号:O631．2文献标识码:A文章编号:1000-0518(2011)05-0500-04DOI:10．3724/SP．J．1095．2011．00521聚合物共混物由于具有制备方法简单、价格低廉和综合性能优异等特点而备受人们关注，而聚合物增韧

3、改性一直是聚合物共混物的重要研究课题，其主要问题是如何实现聚合物材料由脆到韧的转变，即［1-5］脆韧转变问题。1985年，Wu在大量实验基础上提出了聚合物共混物脆韧转变的临界粒子间距判据［6］的Wu氏增韧理论:当粒子间距(相邻分散相粒子间距离，ID)小于一临界值IDc(临界粒子间距)时，体系发生韧性断裂;当ID＞IDc时，体系发生脆性断裂，而临界粒子间距IDc与分散相的尺寸和含量没有关系。同时给出粒子间距的计算公式:1/3ID=d［(π/6r)－1］(1)式中，d为分散相粒子的直径，r是分散相粒子的体积分数。这一判据提出以后受到了广泛关注

4、，并在［1］［7］［8-9］橡胶粒子增韧聚丙烯、高密度聚乙烯和刚性粒子增韧高密度聚乙烯等体系得到了证实。需要指出的是，所有支持这一判据的实验结果均是在室温下测得的。但是理论与实验均表明临界粒子间距IDc［10-11］随温度的升高而增大，然而，在温度升高过程中，IDc与分散相粒子尺寸和含量之间的关系还没有报道。本文通过研究不同温度下，不同尺寸碳酸钙粒子增韧高密度聚乙烯共混体系冲击强度与粒子间距的关系，并观测不同温度下该共混体系临界粒子间距与碳酸钙粒子尺寸和含量的关系，进而明确Wu氏增韧理论临界粒子间距判据的适用条件。1实验部分1．1试剂和仪器高

5、密度聚乙烯(HDPE，型号:5000S，中国石油大庆石化公司)，MFR=0.09g/min(190℃，2.16kg);重质碳酸钙(CaCO3，型号:HCMS-6000，平均粒径1.7μm;HCMS-5000，平均粒径2.8μm，辽宁合山化工)，表面采用硬脂酸处理;XL30型场发射电子显微镜(ESEM，美国FEI公司);YD-50型平板硫化机;ZHY-W型万能制样机;QK-20型缺口制样机;XJU-2．75型悬臂梁冲击试验机;XSS-300型转矩流变仪。1．2共混样品的制备将HDPE与CaCO3按一定质量比(95∶5、90∶10、85∶15、8

6、0∶20、75∶25、70∶30、65∶35、60∶40、55∶45和50∶50)称量好，首先将HDPE在转矩流变仪中熔融混合2min，然后再将碳酸钙粒子缓慢加入到转矩流2010-09-06收稿，2010-10-30修回吉林省科技发展计划项目(20080506)通讯联系人:姜伟，研究员;Tel:0431-85262151;Fax:0431-85262126;E-mail:wjiang@ciac．jl．cn;研究方向:高聚物结构与性能第5期胡跃鑫等:碳酸钙粒子增韧高密度聚乙烯的脆韧转变501变仪中，共混时间为15min，共混温度为180℃，转速

7、为80r/min。1．3冲击样条的制备将共混后的样品在平板硫化机上180℃、10MPa下，热压5min，制成厚度3.2mm的样条，随后迅速将其放到另一台平板硫化机上，10MPa下自然冷至室温，在裁样机上制成63.5mm×12.7mm×3.2mm长方形样条，最后将这些样条在缺口试验机上铣成V字形缺口，制得悬臂梁缺口冲击样条。1．4悬臂梁缺口冲击测试将制备好的悬臂梁缺口冲击样条放到温度为50℃烘箱中，待样条达到热平衡后，逐个将样条取出并迅速在悬臂梁冲击试验机上进行冲击测试。当完成对不同组分共混物样条在该温度下的测试后，再将温度分别升至80和110

8、℃，重复上述过程。1．5断面形貌观察将测试完的冲击样条放入液氮中，再将其脆断，断面喷金后采用扫描电子显微镜(ESEM)进行观察。2结果与讨论2．1碳酸钙粒子在高密度