添加HMWPE的HDPE誘導體系在復合應力場下所成型管材的結構與性能的研究.pdf

1、HDPE管材是一類應用廣泛的型材，但傳統(tǒng)管材周向強度較低，在輸送高壓流體時，往往很難滿足實際的要求。到目前為止，國內(nèi)外學者就管材增強技術進行了廣泛的研究，但這些研究中關于通過在相對低分子量的HDPE中加入少量相對高分子量的HDPE(HMWPE)進行誘導結晶而增強的的研究還剛剛起步。本課題組長期致力于聚烯烴管材的雙向自增強技術的研究，本論文就是在前人工作的基礎上，將添加有少量HMWPE的誘導體系，通過自制的剪切拉伸雙向復合應力場裝置，對所

2、擠出的自增強管材的性能與結構進行了繼續(xù)與深入的研究。 首先研究了三種代表不同分子量的HDPE純料在相同溫度，不同周向剪切轉速的工藝下所擠出管材的結構與性能。結果發(fā)現(xiàn)每種純料經(jīng)過復合應力場后，周軸兩向拉伸強度都明顯提高，其中周向上的提高幅度最為顯著。與常規(guī)擠出(未通過復合應力場)的管材相比，HDPE(2480)周向拉伸強度最高增幅為24.1％，軸向拉伸強度最高增幅為12.7％。 采用SEM，WAXD,DSC等現(xiàn)代測試技術對

3、試樣內(nèi)部形態(tài)結構進行表征后得到：經(jīng)過復合應力場后，管材內(nèi)部仍然為球晶結構，但晶粒得到了細化，結晶度增大，晶體發(fā)生了取向，取向方向是與周軸互成一定夾角。 本實驗重點研究了在相對低分子量HDPE中添加少量HMWPE的誘導體系通過復合應力場所擠出管材的結構與性能。結果發(fā)現(xiàn)：誘導體系在復合應力場中制備的管材比純料在復合應力場中制備的管材實現(xiàn)了更大幅度的雙向自增強：其中HDPE 5421B(2％)：HDPE 2480(98％)誘導體系相較

4、于純料在周軸兩向上拉伸強度分別增長了32％，2.3％； HDPE 5421B(6％)：HDPE 2480(94％)誘導體系相較于純料在周軸兩向上拉伸強度分別增長了49％，6.9％； HDPE 5421B(10％)：HDPE 2480(90％)誘導體系相較于純料在周軸兩向上拉伸強度分別增長了35％，6.4％； 通過SEM，WAXD,DSC等測試技術對管材內(nèi)部的形態(tài)結構進行表征，我們確認這種增強機理屬于剪切誘導結晶的

5、增強。 本實驗中，HMWPE含量為6％的誘導體系所產(chǎn)生的誘導結晶的效果最好。HMWPE太少，則形成的線核數(shù)目不夠，不能很好地誘導結晶；HMWPE太多，那么它自己也會結晶或者分子鏈會纏結在一起，而不會很好得起到促進HDPE結晶的晶軸的作用。 每一個誘導體系，都有一個最佳剪切套轉速(本實驗中一般為20r/min)。轉速過低，造成周向取向的剪切力場弱，取向不明顯；然而剪切套轉速的不斷加快，剪切發(fā)熱增大，解取向加劇，取向結晶結構

6、又被分解。 每一個誘導體系，都存在一個最佳剪切應力場溫度，使管材獲得最佳力學性能。溫度過低，附生片晶的分子沒有獲得足夠的活動能力，附生片晶不能形成良好的互鎖結構，并且擠出困難，制品外形不佳且熔接痕明顯；溫度過高，解取向加劇，取向結晶結構被分解。 冷卻方式的不同導致管材的力學強度也產(chǎn)生差異。置于空氣中自然冷卻的力學強度高于置于水中驟冷的力學強度。 故本課題的研究對于促進HDPE管材性能的改善，揭示HDPE誘導體系在