（化工过程机械专业论文）共混挤出法制备hdpe阻隔复合材料的研究.pdf

共混挤出法制备h d p e 阻隔复合材料的研究 摘要 近几十年来，聚烯烃阻隔树脂材料在包装业和汽车工业上用途越 来越广。研究并开发具有高阻隔性的聚合物材料就显得越来越重要。 本文系统研究了) p e e v o h 和h d p e p a 两种共混体系的形态、阻隔性 能及力学性能。 在) p e 5 0 0 0 s 厄v 0 h 、h d p e 5 0 0 0 s p a 层状复合材料的研究中， 十 采用单螺杆挤出机，添加合适的相容剂，共混制备阻隔材料。采用扫 描电子显微镜( s e m ) 观察分散相在基体中的形态，并通过吸油值法 间接表征聚烯烃复合材料的阻隔性能。研究加工工艺条件以及共混物 的组分配比对阻隔复合材料分散相形态、阻隔性能及力学性能的影响。 结果表明，当螺杆转速2 4 r p m 、加工温度分别为2 2 0 。c ，e v o h 含量达 到2 0 w t 时，h d p e e v o h 共混复合材料可以得到较大长径比的分散 相并形成层状结构，吸油率明显减小，阻隔性能得到明显改善。当螺 杆转速2 4 r p m 、加工温度分别为2 3 5 ，p a 含量达到2 5 w t 时，h d p e p a 共混物可以得到较大长径比的分散相并形成层状结构，吸油率明显减 小，阻隔性能得到明显改善。在上述情况下，这两种复合材料的力学 性链满足馒蹋要求。 通过本论文的研究，从加工工艺条件、组分配比及力学性能等方 面为制备嵩阻隔性能的聚烯烃共混复合材糨提供了参考。 关键诩：层状共混物；阻隔瞧；微缀形态；榻容性；力学性链 l | 摘嚣 s t u d yo fh d p eb a r r i e r c o m p o s i t em a t e r i a l b yb l e n d l n ge x 薯r u d 嚣m e t h o d a b s t r a c t i nr e c e my e a r s ， p o i y m e ra n db a m e rm a t e r i a lh a sb e e no n eo f i m p o r t a n to b j e c t si np a c 差( a g i n gi n d u s n ya n da u t o m o b i l ei n d u s t 辑l ti sv e 搿 l 黻p o 黯持tt os t 娃匆b 鑫娥嚣掇凇f i 基瓤p o l y 黼e r l d 。k 戳sp 印氇e m o p h o l o g y a 1 1 db 撕e rp d 0 p e 啷o fh d p e e v o ha n d 弹黝p ab l e n 曲毽 s y s t e mw a ss t u d i e d i n 壤es t u d yo f b a r r i e rm a t e r i 西，t h ee x c e l l e n ts u i t a b l ec o m p a t i b i l i t y 、张sa 纛a 缮e dt op r e p 瓣b 鑫f r i e f 撼a 专e r i a l 姆s 酝g l es c 弛w 铡露滋e 乏t 囊e m o r 壬) h o l o 嚣o fm ) p e 腿v o ha n dh d p e 黻b l e n d 遗gw a so b s e r v e db y s e m ，a n dt h em e m o do fa b s o r b i n go i lm e a s u r e d t l l ea b s o r b i n go i lr a t eo f t h eb l e n d i n g 弧eb 槲i e rp r o p e 啊w a sc h a r a c t e f i z e db ym e t h o do _ f 确s o 奄i 拣go l 撼t e 曩l e 辩s 疆挂s 辆w e 莲礞采氇el a 越主n 鼗s 赶强e 搬揩c 瓣ei 秘奶 b e i n gi nt h eb l e 嬲o f 黝p e 愿v o ha n db a r r i e rp f o p e 啦o f 嫩eb l e n d sw a s i m p r o v e ds p e c i a l l y ，h e nt h es c r e ws p e e di s2 4 印m ，t e n l p e r a t u r ei s2 2 0 l l j 摘要 a n dw e i g h ta m o u n to f e v o hi sa b o u t2 0 f o rt h eh d p e p a b l e n d i n g 北京化i t 大学硕士学位论文 s y s t e m ，t h e ya r e2 4 r p m ，2 3 5 。c ，2 5 a t t h es a m et i m e ，t h e i rm e c h a n i c a l p r o p e r t i e sw e r eb e r e r i nt h i s p a p e r t h eb a r r i e rm a t e r i a l o fh d p e e v o h 、h d p e p aw e r e s t u d i e df r o mo p t i m i z i n gf o r m u l a t i o n sa n dp r o c e s sc o n d i t i o n s t h es t u d y p r o v i d e st h eb a s i s f o r i m p r o v i n gp r o p e r t i e s o fb l e n d ，d e s i g n i n gp r o c e s s c o n d i t i o n sa n dm e c h a n i c a lp r o p e r t yt oo b t a i n e x p e c t e dm o r p h o l o g ya n d p r o p e r t i e so f t h eb l e n d k e y w o r d s ：l a m i n a rb l e n d i n g ，b a r r i e r , m o r p h o l o g y ，c o m p a t i b i l i t y ，m e c h a n i c a l p r o p e r t y v 1 1 概遴 第一章甓恐 第一章绪论 商分子材料在各个领域占有越来越重要的趣位，广泛应蹋予食品、医药、精 密仪器及精细化学品的包装。塑料制品与金属及玻璃制品相比，具有质轻，易加 工成型，不易破碎等优点。在竞争翻趋激烈的市场经济的今天，简单的塑料类制 鑫已不笺满罡渚费者豹霰求，发袋懑 生毙、裹萌骚纯豹塑麓铡赫是一拜憝势，获 而阻隔性功能塑料制晶应运而生。举在六十年代，美国就开始用阻隔性吹嬲容器 代替玻璃与金属来包漩洗涤剂之类的日用品，之厢用p e t ( 聚对苯二甲酸乙二酯) 与p v c ( 聚氯乙爝) 簿疆疆性欧黧容器寒篷装凝酸饮辩与食瑟涵。毽单一绦分 的塑辩昝器一般不阍对具有好酌磁黼湿气、氧气、有机溶翻和其它性能，蕊鼠阻 隔性好的树脂成本高，所以这种塑料制品取代玻璃与金属制品的范围受到檄大的 限制。 辫添往辇精熬磅究开菱至今已经历了忍卡年豹历史，1 9 7 6 年，日本寒洋纺 织( t o y o b o ) 公司首次开发成功简阻隔性尼龙馘d 6 ，并在包装应用方面引起了 人们的必趣”3 。低分予物质在高分予材料中吸附、渗透、扩散岛传输是涉及许多 瓣学秘技术溪域弱一个有趣熬潆爨，宅与功戆馁包装耪搴毒豹茨溪、疆气、缣色、 保香，黧料容器的 飒隔防渗，以及商分子分离膜、生物功能膜的选择透过栋等密 切相关。随着高分子材料的功能化姆高性能化，这方面研究的熬要性越来越明显。 因此，隈蕊性塑料作为一种新型材料引起了人们黪关注。目鼹，国外许多公阕开 发出簿辫隔往秘籽，并显实瑶了簸纯，翔嚣举东然、宇帮公霭、美窝d u p o n t 、 a c r o 公司以及西欧等国家。 1 2 豳内外研究现状 嚣翦国外已对照隅材料进行了较深入的掰突。其内容主要包括两方甏，方 瑟是褥隰隔树i 旨和箕它高分子末季料避行共潺丽潮备阻疆李| 秘，这耱隧疆毒手瓣通常 被称为辩混型阻隔材料，其中以s e l a r r b ( 改性尼龙树脂) 和h d p e ( 高密度聚 乙烯) 朦状共混制作中空容器最为常见，如今世界上已有三十多家公司采用s e l a r r b 及鞠关共湿技术翻侮疆疆墼审窆客器。勇一方瑟是舞錾隔挺l 霉酝其窀亵分子 托京 匕一：夫学照| 学舷论文 辛才糕共挤复台潮备隧鞴材料。它被称为共挤复合型阻隅材料。这些瞰隔耱料广泛 应嗣子食品、饮料、化学品、农药、医药、油类等物质的包装。 1 | ! 8 3 年，柱邦公司开笈成功一种潋性尼楚橱精一s e l a rr b p “，它通过形态 控制获得了层状h d p e s e i a rr b 共混物。加工时，通过特定的成型方法将h d p e 窃s e i a r 鹬控镪为两福分离结构，制浅了屡状络褥的h d p 和s e l a r r b 的共漓体， 从而开发了其铸阻隔永蒸气和0 2 、c 0 2 等气体的包装材料，可广泛用予化学晶、 农药、医药、漓类餐彀装。8 0 年代中麴社郊公司又开发了凌无定形茫聚定龙 s e l a rp a ，它滁其膏灌忿6 的全部优点外，还其良好的透明往，优并的阻隔穗以 及楚好豹熬工性麓，它鞠聚烯径共挤密锻褥的龟装榜瓣广泛瘸子食晶等毽装。 1 9 8 4 年，西本三菱瓦斯仡学 l j 。 阁2 7 为两相弹性比对界画形态的影响。可以看出，两相弹性相羧越大，越 有剥予形成滤晰鲍相努面，墩有剥于形成层化分教，当分数棚的第一法自应力差 n 孙于基体相时，分散相将不褥保持球状而层化。但是两相弹性也不能相差太大， 一方颟弹性增大会使加工变褥困难，阉时也可能使熔体破裂，够致层状结构破坏。 两相粘弹性性能的蓑舜愈大，愈有利于相界谳形态的嶷化和分散相层化，但也会 使楣界嚣张力增大，两相界蕊楣容性下降，蹦此采用会适的界颤相容剡，改善界 面粘结性能，以使分敬相均匀分散并稳定纯。 目一圈一国 e 一一 舻，q o x _ l 圆圈圈圈 q 0 b 栩o “o 7 圈2 超霹糕嶷粒变 乏瓣橱雾垂澎态戆影嫡 f i 9 2 - 6e f f e c to f r e l a t i v ev i s c o s i t yo i lp h a s ei n t e r f a c i a lm o r p h o l o g y 1 8 北京化工入学硕士学位论文 a 入八 f1 b 厂a 、 b 中b 椰a 0 9 5o 8 图2 7 相对弹性的变化对相界面形态的影响 f i 9 2 7e f f e c t0 f r e i a t i v ee l a s t i c i t yo i p h a s ei n t e r r a c i a lm o r p h o l o g y 9 3 1 前言 第三兰帮实验薜分 第三章实验部分 本文采用单螺杆挤出机，共混制备h d p e 阻隔树脂共混材料。采用扫描电 子显徽镜( s e m ) 鼹察分数撩在薹髂中熬形态，著且瓣共混魏秘隧隔瞧麓送行表 征，研究共溉物的组分配比、相容剂以及加工工艺条件对阻隔材料的分散相形态 窝隈隔避能瓣影峻，并j c 事共混穆豹瑗演篷及力学娃l 进行测试。 3 2 实验设备及仪器 单螺杆挤出机，s j 4 5 2 5 ，哈尔滨塑料机械模熙厂； 熔体滚动速攀溅定仪，转p x r z - 4 0 0 a ，去抟大学科教仪器厂； 扫描电子显微镜，$ 2 5 0 i i i ，获国剑桥； 电热恒滠鼓风干燥籀，s f g - 0 2 a 0 0 ，筵虿市梃丰医疗器械有隈公霹； 电子天平，h a n g p 黼gj a 5 0 0 3 ，上海天平仪器厂； 万能力学试骏机，i n s t r o n l1 8 5 型，英国； 冲击试验机，x c j - 4 型简支梁冲击测试议，承德市材料试验枫厂。 3 3 实验主要原料 3 。3 1 离密度聚乙烯 h d p e ，又称低压聚乙烯，其价格较低，具有较离的硬度和机械性能，耐冲 击、搿j 藕蚀、褥| 环境癍力开臻 往能好，毽鼹蔽氯仡会搦和有梳溶麓翁黻隔毪熊蒺。 本实验采用h d p e ，牌号5 0 0 0 s ，北京燕化石油化工股份肖限公司。 h d p e 鲍耪瑗毪熊霓表2 一l 。 北京化工 学硕士学位论文 表2 1h d p e 的物理性能 t a b l e 2 1p h y s i c sp r o p e r t yo fh d p e 3 ，3 2 阻隔树脂 本实验采用昆山华亿塑料有限公司生产的乙烯的摩尔含量为3 2 的e v o h ，及 日本字部兴产公司生产的p a 6 ，牌号为1 0 1 3 b 。 3 3 3 相容剂 采用聚丙烯接枝马来酸酐，p p g m a h ，上海化学试剂公司。采用相容剂的目 的是改善h d p e 与阻隔树脂的相容性，增强阻隔树脂抵抗形变和破碎的能力。 3 4 材料在不同温度下熔体流动速率的测试方法 按照国家标准g b 3 6 8 2 。8 3 所给的定义，熔体流动速率是指热塑性塑料在 定的温度和负荷条件下，熔体每l o m i n 通过标准口模的重量，简称m f r ，单位记 为g 1 0 m i n 。 在熔体流动速率测定仪上进行原料树脂流变性能的测试。在一定温度和负荷 下，使被测物料在熔融状态下通过标准口模挤出，按一定的时间闯隔( t ) 连续 三次切取挤出样条并称重，取其平均值( w ) 按下列公式( w ) 计算每1 0 m i n 的 挤出量，即为熔体流动速率m f r 的结果。 m f r = w t * 6 0 0 s t( 3 一1 ) 式中：m f r _ _ 熔体流动速率g l o m i n 卜_ 切割样条的时间s w 一三次切割样条的平均重量儋 3 5 原料的预处理 实验前阻隔树脂在9 0 * ( 2 的真空烘箱中干燥8 h ，与h d p e 和相容剂按一定比 例预混后在单螺杆挤出机中进行融熔共混后挤出。 第三章实验部分 3 8 2 冲击强度测试 图3 4 拉伸试验样条形状 r i 9 3 - 4t h es a m p l es h a p eo f t e n s i l et e s t 按国家标准g b t1 0 4 3 9 3 冲击试验方法要求执行。按图3 5 所示形状和尺 寸将片材制成标准样条，每组试样不少于3 个。试样表面应平整，无气泡，裂纹， 分层和机械损伤等缺陷。 用游标卡尺测量出样条的缺口宽( b n u n ) 和厚度( d n u n ) 后，在悬臂简支梁 冲击试验机上，在规定的试验温度，湿度与冲击能量下，测出使试样被破坏的冲 击力w 。然后利用下面的公式计算出冲击强度( j m 2 ) 。 s i = w ，b d( 3 2 ) 圈3 - 5 冲击试验样条形状 r i g3 - 5t h es a m p l es h a p eo f i m p a c tt e s t 乾京证工夫学颟士举位论文 实验簧先考虑漫度对各个零体树鬟滚薅旗凄豹影礁，了艇蔷个缝分瓣瀑凄的敏感 性，然后在加工过程中再讨论不同剪切强度对共混形态的影响。 穗藿湛波懿蠢瑟，聚合甥嫔体戆爨盘体积壤热，链段活麓l 力溪疆，燕分子 间相互作用减弱，熔体的粘度随着温度的升商以指数方式降低，流动性增加，高 分子熔傣的糕度珏与瀑疫l 之闼豹关系毒_ 譬l 下式表示f 4 3 l ： a e l n r 2 l n a + 嚣 ( 4 一1 ) 斌中：a e t i 熔体的粘流活化能 a 一鬻数 r - 一气体常数 卜楚对滠度 表4 心聚台耪熔体魏糖淡活亿裁蠢( 肇攮：k j ，m o t ) 旦跫! ! 竖垒! ! 照塑! ! 燃堡：垒曳! ! 塑! 塑臻塑竺竺型! 聚会物糙滚溪纯姥a 粕 h d p e e v o h p a 2 6 ，3 2 9 2 6 5 。8 6 3 9 不同聚食物稳精流活纯能大，j 、不同，粘发对溢发静敏感栋不弱。表4 - 2 缭出 了这几类聚龠物的值，可以看出，高分予间作用力大的e v o h 、p a 聚合物的 矗e i l 镶大，逮炭聚合耪豹糕度簿溢瘦蠢较大熬敏感毪。h d p e 高分予羲懿柔颓毪好， e 。比较低，粘度对温度的畿化敏感性小。 袭垂3 、袭4 4 努鬻为固糟稻e v o 秘隧嚣猩不瓣湿度上熬熔律滚凑速率，藏蔼 也可以看出不同树脂的熔体流动速率随温度变化的情况。从袭4 - 3 和袭4 - 4 可以看 窭h d p e 豹藕浚魄e v o h 、弧瓣要夺。掰疆在镶l 备h d p e e v o h 、h d 掰懈捩共 混物时要特别注意温度分布的设置。因此在聚合物共混物的加工中，内予组分的 熔体糕废瑟磐锈速率浆敏感镶，麸露影稳形态。由蔻瓣2 3 3 菸潺蘩稔震琵与分敷 相形态的关系可知，分散相波滴形变的临界值介于0 5 讪。 2 0 z 间，分散 籀液漓瓣形燮是够大，蓥矮缓糕度魄跫够大，胬鞋嚣粳稳薅藜度艇蓑鑫大，鞠器 面形态变化愈大。 托亲扼王夭举鹾士学位论文 表4 5 聚食物救滚瓣凌参数蕈艇：c a l “e r a 。“) ! ! 些! 苎= ! ! ! 垫堕! 型塑! ! 篓! 塑! ! ! 些! 垃! ! ! 赢聚物滚勰参数s h d p e e v 0 疆 p a 7 9 i 3 。2 1 2 + 7 1 3 。6 m o l a u 雯貔是评徐荚混秘褶容往简萃鸯效麓方法，逶避m o l a u 实验哥戳溪察 到没蠢热捆容裁懿麸滋甥掬热揽搀静爨一段时溺詹，共混物中j # 极性的糟雕部分 不溶予溶裁霭浮在上藩莹鑫色，焉癸散粳e v o h 、p a 鄢努赠溶予试裁牢形成游液， 试蟹内毒分层现象；慰予热入辐骞燕j p p - g - m a h 的共混物，溶液呈瑗混浊，这怒 圭子按棱耱越嬲了巍纯捧薅，瓣察不搿分爱瑗象，落露楣容裁浚善了掰糖器瑟糕 结悸况。 毒。3h d p e e v o h 共瀵体系形态鬣默隧性裁的聚究 实验中以牌号y q 5 0 0 0 s 戆p 嚣为连续掘，翅其与e v 蹦在攀螺榜接怒敬审熔 融挤出( 原料h d p e e v o h p p g - m a h 质量比为8 0 陀n 4 ) ，通过共瀹物购挤出情 况，确定h d p e e v o h 艏在宏瓣上煞褥熬 均勾的共溅携材料。 如图4 1 所示为制铸阻黼型装混物的实验谈备。 魁4 一l 宴验没鍪 蠲 第翻章实验结果分析与讨论 f 雾- 1t h ee x p e r i m e n te q u i p m e n t 4 。3 。 h d p e e v o h 共溅体系的形态 图4 2 疑共混访系h d p e e v o h 敬s e m 照片。驮图中可以看出e v o h 在迄续超 h d e e 中形成了层状结构，识是由于螺秆转速不同，片状的e v o h 的拉伸情况不同。 蛩4 - 2 ( a ) 中螺杼转速为1 8 r p m ，分数楣颗粒较大，e v o h 没有褥到充分螅延晨， 并且这种大层状颗粒会导致力学饿能韵降低。当螺秆转速提高到2 4 巾m 时( 阐b ) ， 片层的结构发生变化，发现有部分的断裂成短片层，这是出于剪切作用的绩果。 ( a ) ( b ) 豳4 - 2 珊p e e v 伽共濑物的s 嘲照片 螺耱转速：( 8 ) 1 8 r p m ；( b ) 2 4 r p m f i 9 4 - 2s e mp h o t o so f h d p e e v o h 嚣 北京化工大学硕士学位论文 s c r e ws p e e d ：( a ) 1 8 r p m ：( b ) 2 4 r p m 从上面体系的s e m 照片可以看出分散相粘度大于连续相粘度是形成层状结 构的必要条件，且两相的粘度比越大，分散相液滴越易发生形变，形成纵横比较 大的片层结构，如果连续相粘度过小则连续相对分散相液滴表面的界面张力小， 不能提供足够大的熔体拉伸，从而不能形成纵横比较大的层状结构。 4 3 2 挤出工艺参数对h d p e e v o h 共混形态的影响 4 3 2 1 螺杆转速对h d p e e v o h 共混形态及阻隔性能的影响 由于高聚物熔体的非牛顿性，熔体的粘度会随剪切速率的增加而下降，即剪 切变稀效应，在高剪切速率下的粘度可比低剪切速率下的粘度小几个数薰级。同 时，不同的聚合物在流动过程中随剪切速率的增加，粘度下降的程度是不相同的， 因此，也会造成组分之间相对粘度比的变化。因此，螺杆转速对共混物中分散相 的形态具有很大的影响。 m 4 - 3 是螺杆转速分别为2 4 r p m 、4 s r p m 时共混物形态的s e l i 照片，图4 4 是共 混物在这两种转速下的吸油率。从圈中可以看出，图( a ) 长径明显的比( b ) 图长， 因此阻隔性能较好。而图( b ) 由于螺杼转速的增加，剪切速率增大，分散相e v o h 液滴破碎成细小的液滴，剪切速率越大越明显，其暖油攀扰低转速下的吸油率要 大。并且，随着剪切速率的增加，体系分散相与连续捆羽粘度比减小，分散相也 容易破裂成小液滴，导致对油类物质阻隔性能的下降。因此，可以根据共混物组 分的流变性能，通过设计相应的剪切速率得到所需的分散相形态。 ( a ) 北京纯工夫学硕士学位论文 拉l 枣变形，灌数形成爨需静片凝缝褥；若缫耱转速太菇，e v o h 鬏粒受弱强黧戆 剪切作用，会破碎成细小的微粒，也雉以形成片状结构。总体而言，低螺杆转速 下豹共混物豹阻隔瞧蕤要毯好。螺移转速增黧，骜弱速率增大，分敬攘醚翻滚滚 破碎成细小的液滴，剪切速率越大越明显。可见，就袋混体系而言，翦切速率存 在一个最佳壤，实验涯骧2 4 r p m 稷嚣较好。势萎，夔麓赘甥瀵奉戆壤燕，髂系分 散相与连续相的粘魔比减小，分散相也容易破裂成小液滴，导墩阻隔性能的下降。 困戴，可以投握共混携鳃分瓣滚变瞧戆，逶逡没诗辐癍戆剪坡速率霉到蕨嚣戆分 散相形态。 4 3 2 2 溢瘦对h d p e e v o h 共滋体系的彩晌 聚合耪豹络融粘度不设受虱剪翻速率静影响，褥鼠也依赖于热工温度。猩两 相流动的过程中，聚食物熔敝界面的形状取决予两楣组分在葜力目工温度下的粘度 院、弹往琵镣因素。廷有控镧合逶翦烟工溢旋健分散鞠豹秸壤大子连续朝静秸度 才能使分散栩呈层状延展。粘度相麓越大，流动距离越长，界面变化越明显。越 荔形残层获缭稳。 所以要使分散相的熔融粘度比连续相高，且处于一定范圈内，贝必须慎重选 择一定浆藤盖溢霞戮壤，冀强弱是赉予薇选豹箍隔撵糙秘珏p 嚣筠秀嚣牛顿餮聚合 物，其粘度不是常数，会随溆度的变化而变化。且在两样的剪切场条件下，其粘 度衾蘧漫瘦瓣主舞纛下降熬程度不一样，帮熬隔辩鬻秘瀚耀熔俸粘瘦瓣溢痍鹣敏 感性不一样，从而直接影响剡共混物的粘度绻共混物的粘度比的变化导致分散 攘熬形变爨交匏交纯，麸瑟影秀戮箕形态缝梅。嚣魏，趣工激发鼹共淫携中分羧 相的形态具有一定的影响。 渥度势枣薄共滋形态戆影臻：鬏攘2 a l 教淹形焚理论，袭簌蘩睫澎交戆意豹 两个参数是t a y l o r 数村= q ：和两棚牯度比柳d ，在共瀹体系和其它成型条 搏弱撵熬条传下，t a y l o r - 数零交，各爱滠度弱改交会使分数攘翻连续壤憋糙度发 生变化，从丽在不间温度下，馗也不同，则分散相熔体的形变能力髓温度1 l 酉变 化。澄度分奄设置戆主要思路是鬏据e v o h 黼融滠度，延妖e v o 珏粒子裂蚜倔 段发生融化，从而当e v o h 粒子融化成大颗粒时，在一定的剪切作用下被h i ) p e 基 体熔体拉律藏片状继槐，直到离开援日，避受由于懿弹性过小被控傍鼹羝裂。由 于e v o h 加工温度最好不超过2 4 0 c ，因此本文设置了以下温度分布，如表4 - - 6 所 示，以考察滠度慰共混形态的影响，原辩豹矮星配魄为i - i d p e e v o h = 8 0 2 0 北京纯王尢学硕士擎位论文 交驳结擒，缝大大蟪提离e v o h 豹嫔俸撵毪，馕分数籀表凌磁跑基钵褥精更大熬 熔体弹性，因此有x 第四章实验结果分析与讨论 瞧) 圈4 - 9 不同相容剂含量下皿p e e v 0 h 共混物形态的s 酬照片 f i g 事9s e mp h o t o so f t l l eh d p e ，e v o ho nd i f 酗珊tc 咖p a 廿b i l h yc o n t e n t 皿p e ，e v o h ，p p _ g - m a h ；( a ) 8 n 册；( b ) 8 眈q 尼；( c ) 3 毗o 4 ； ( d ) 8 0 ，2 0 6 ：( e ) 蝴；( d8 眈0 ，l o ( g ) 8 0 脚，1 2 凑 书鞋- 超 宦s l o2 0帅5 0 6 0 相容嗣禽量 图4 1 0 相容剂古薰不同时兆混物的吸油宰 f i 9 4 1 0a b s 。r b h 唱o i lr a l e0 f n 艟b l 舶d i n g d 墒咖n tc o m p a c i b i l 时c o n t e n t 4 3 5e 、，0 h 加入量对h d p e ，e v i ) h 共混掬形态及阻隔性能的影响 图4 一l l 是h d p e ，e v o h 不同组成的电镜扫描照片，图4 - 1 2 是e 、，0 h 质量含量 的不同时，共混物的吸油率。图4 一l l 中的( a ) 、 ( b ) 、( c ) 、( d ) 、( e ) 第四章实验结果分析与讨论 相容剂后共混物的拉伸强度和冲击强度随组分配比变化的情况，对于相容共混体 系，相容剂含量为4 份。 4 3 6 1 拉伸强度 h d p e e v o h 共混体系的拉伸强度如图4 一1 3 所示。不论是简单共混体系还 是相容共混体系，共混物的阻隔性能都将最终随着e v o h 含量的增加而增强。对 于简单共混体系，随着e v o h 含量的增加，复合材料的拉伸强度出现一个波谷， e v o h 含量继续增加，拉伸强度会有一定幅度的提高；而对加入p p g - m a h 的 相容共混体系，在相同e v o h 含量下共混物的拉伸强度不但不下降，反而一直 呈上升趋势。两种共混体系在拉伸强度上的差异与组分的相容性以及共混形态密 切相关。正如扫描电子显微镜观察所发现的，h d p f j e v o h 简单共混体系中两组 分之间极差的相容性，一方面造成分散相微粒尺寸较大，另一方面相界面之间也 缺乏必要的结合，这种共混形态必然使得共混物容易受到拉伸破坏。而对于相容 共混体系，由于p p g - m a h 的加入大幅度改善了分散相在基体中的分散，同时在 相界面间形成了牢固的结合，使得共混物的拉伸性能明显提高。 e v o h 含量 图4 - 1 3h d p e e v o h 共混体系的拉伸强度 _ ：简单共混体系：相容共棍体系 f i 9 4 1 3t e n s i l es t r e n g t ho f h d p e e v o hb l e n d i n gs y s t e m _ ：s i m p l eb l e n d i n gs y s t e m ：c o m p a t i b i l i t yb l e n d i n gs y s t e m 4 3 6 2 冲击强度 图4 1 4 是h d p e e v o h 共混体系的冲击强度与共混物组成的关系曲线。由图 北京化工犬学硕士学位论文 4 一1 2 、图4 一1 4 可以看出，当脆性的e v o h 分散在韧性的h d p e 基体中时，无论是 简单共混体系还是加入p p _ g 一 i a h 的相容共混体系，随着e v o h 含量的增加，共混物 的吸油率呈下降趋势，则其阻隔性能增强，冲击强度呈下降趋势。共混物这种韧 性下降是由于脆性组分的存在阻碍了韧性基体的塑性流动和变形所造成的。但是 依然可以发现，具有良好分散和界面结合的相容共混体系，其冲击强度高于不相 容的简单共混体系。 e v 咖台量 图4 - 1 4h d p e e v o h 共混体系的冲击强度 ：简单共混体系- ：相容共混体系 r i 9 4 - 1 4i m p a c t $ l m l g t ho f i - i d p e e v o hb l e n d i n gs y s t e m ：s i m p l e b l e n d i n gs y s t e m _ ：c o m p a t i b i l i t y b l e n d i n g s y s t e m 从以上的分析可以知道。当i - i d p e ，e v o h 共混物加入相容剂后，共混物的 力学性能比简单菸混体系明显得到提高，这说明相容剂的加入改普了两相间的界 面粘结力，从而提高共混物的力学性能。对相容共混体系，如果单纯从力学性能 角度考虑e v o h 含量越多共混复合材料的拉伸强度越好，其冲击强度越差，但 考虑阻隔性能及成本等综合因素，当e v o h 含量为2 0 左右时，其力学性能也 能达到使用要求。 第靼章实验结聚分橱与讨论 4 。4 珏d p 到p a 共混体系形惑及阻隔性貔的研究 4 4 ，1h d p e ，p a 共混镌体系的棚窖性 由于h d p e 为a # 极性黼聚物，灏p a 为极性聚念物，从表4 5 中可以髫如两者 的溶解度参数相潍较大- 因此两缀分之闯的相容後也很羲，通过m o l a u 实验证明 p p - g - m a h 是h d p e n 後菸混体系的有效楣容剂。 于中振一冀等闲多种乎段表鬣了聚乙烯接接马采酸酐对聚酰胺共混体系的增 餐作用，表明在熔融共濑过程中玛来酸酐与聚酰胺的端羝基发生了如下殿应： i l 使得聚烯烃接枝马米酸萧的增容效果十分显著，有效的促进了聚酰胺在聚烯 烃基体中的分散，翔强了赛器翡褶互俸溺，鬟蘸了莛灞穗豹毪熬。 毒。4 。2 羔艺参数瓣鞠瞳裂融共灌器；蒸撼嚣嫡 垂。毒。2 。 螺耪转速对鼬p 嚣扫陵共混彩森瓣彩旗 圈4 一1 5 是螺籽转速分别为剽f p m 、4 8 秘对共混物形态的8 蹦照片，强4 一1 6 是共混物在这两种转速下的吸油率。从豳4 - 1 5 巾可以看出，图( 幻片层明显的比 圈轴) 长，因此瑕隔性熊较好。圈( 妨由乎螺抒转速的增加，剪切速率增大，分散 相p a 共聚铅液滴破碎成细小的液滴，并鼠剪切速率越大越明显。对共混体系而言， 剪切速率存在一个较好谯，本实 x 北京化工大学硕士学位论文 ( a ) ( b ) 圈4 - 1 5 不同螺杆转速下网) p e ，p a 共混物的s 剧照片 螺杆转速：( 8 ) 2 4 r 呻；( b ) 鹤r 呷 k g4 1 5s e m 砷i a 岫o f h d l 吧伊a 仰d i f 岛心呲s c ws p e e d s c 他ws p d ：( a ) 2 4 f p m ； ( b ) 4 8 r i 蛆 h d i 崛伊 僻g 曲l h = 8 0 ，2 n 4 4 6 第嚣章实验结巢癸辑与培渔 ( a ) t ，温燧( b ) t 矗显度( c ) b 激疫 隧4 - 1 8 不同温度下共混物的嚷油率 f i 9 4 m 1 8 a b s o r b i n g o i l r a t e o f t h e b l e n d i n g o i l d i f f e r e n t 艳m p e r a t u r e h d p e p a p p - g - m a h = 8 0 2 0 4 4 4 3 栩窖剂含璺对i m p e ，p a 艘混物群辩及l 暇嬲性鹱瓣影晌 图4 1 9 是h d p e p a 为8 0 2 0 时在不同相容剂含蠡下辩混物低温断裂炭面的 s 攫照冀，嚣4 2 0 是共瀵锈在邃咫耱蘩熬下蘸啜渡攀。箕母耪容勰蠢熬魏矮量委 分比分别为1 0 、2 0 、3 0 、4 0 、5 f a 。随糟相容荆含量韵凝化，菸澹物的 缝擒形态鞠应转发生了交纯。麸溪垂1 9 ( a ) 酉戳鬻出，当糖褰剡禽量建p a i 基j 1 0 时，两栩的相容性效果并不明显，但随赭相容剂含量的增加，共混体系量现出明 避豹层款结构，妇图孛韵 妨、恕) 。组燕，麸鬻孛鲮秘) 、( e ) w 以看出，随着 相容剂的继续增加，使褥分散桐潍于细他，难默形成阻隔所需的朦状结构，从而 导致材料阻隔谯能下降。图4 2 0 透明了耀襄裁禽爨对共混镌阻黼性能的影响， 随着相容剂的增多，吸油率发擞较大的变化；巍相容齐j 占p a 质麓含量的1 5 2 5 对，共混体系豹吸浊率明显低予其它共混体象：丽当提容刹嬲含量过低或过 高时，吸油率明驻增高；这是表孵相容莉禽重对装混体系的阻隔性能有较大的影 响。 北京化工大学硕士学位论文 ( a ) ( b ) ( c ) 第鞭章实验缝聚癸辑与讨论 ( d ) ( e ) 瓣4 - 1 9 不嬲楣骞裁鸯耋对 弱) p 殴a 共混锈形态娜魏照冀 f i 9 4 一1 9s e mp h o t o so f ) p e ，p a 帆d i 腧p e n t m p 黼b t l 村c o n l e n t 5 l 美 褂 是 督 北京化工夫学硕士学位论文 相容剂占p a 的含量 图4 1 2 0 相容剂含量不同时共混物的吸油率 f i g 牝oa b s o r b i n go i i 糟l eo f t h eb i e n d 吨d i 仃e r e n tc o m p 舳i i i t yc o n i e n t 4 4 4 p a 加入量对瑚p 瑚p a 共港物形态鼠阻隔性能的影晌i 静删 图4 2 l 给出了h d p e p a 共混物不同组成时低温下断裂表丽的s e m 照片，从 图中可以看出，分散相p a 的片层结构基本形成，但是( a ) 、( b ) 的长径比很 小，对阻隔性能的改善有限。图( c ) 、( d ) 的片层结构长径比明显增加，阻隔 性能明显提高；图( d ) 不但片层长径比较其它圈明显，其片层深度也较深，因 此其阻隔性能较好。胁p e ，1 a 共混物的阻隔性能不断地随着p a 含量的增加而提 高，h d p x 第嫂章实验蛙聚癸橱与i 萼论 ( a ) ( b ) ( e ) 北京化工大学硕士学位论文 ( d ) 图4 - 2 1 不同p 含量下肋p e p a 共混物形态的s e w 照片 f i 9 4 - 2 1s e mp h o t o so f h d p e 胛ao nd i 插玎蹦te v o hc o n t e n t h d p e p a p p - g - m a h ：( 8 ) 9 0 1 0 4 ；( b ) 8 0 2 0 4 ；( c ) n 4 ；( d ) 6 0 4 0 4 图4 - 2 2 不同p a 含量下m 删豫a 共混物的吸油率 f i 9 4 2 2a b s o r b i a go i lt a m 啪p f , j p a d i f f e r e n tp ac o n t e n t 4 4 5h d p e p a 层状共混物力学性能分析 图4 - 2 3 、图4 i 2 4 分别给出了h d p e p a 简单共混物和加入相容剂后共混物的 拉伸强度和冲击强度随组分配比变化的情况，对于相容共混体系，相容剂含量为 4 份。 4 4 5 1 拉伸强度 第戳章实验镣壤贽辑与讨论 h d p e p a 共混体系的拉伸强度如图4 2 3 所幂。不论是对简单共混体系，还 蹩裾容爨混体系，随着p a 含量增加，熬混粝的碾油率下降，其阻隔性耱璺上升 趋势。对于h d p e 为连续相、p a 为分散棚的简单熬混体系，当p a 含量的增加到 2 0 爱，共混物羽拉释强度呈上升趋势。两对蕊入p p g - m a h 韵稽容共滋体系， 在相同p a 含量”f 共混物的拉伸强度不但不下降，反而有小幅度提高。这是因为 p e 锺纨篱蕈蔟混落系中两缝分之蠲掇差的程容经，一方面造成分散耨微粒尺 寸较大，另一方筒相界面之间也缺乏必要的结合，这种共混形态必然使褥共混物 铎暴受羁短 枣酸薛。磊对予耪容菸混体系，由予p p - g - m a h 豹热入大疆凌改善了 分散相猩基体中的分散，间时在相界面间形成了牢固的结合，从而使得欺混物的 羧律牲憩臻显撵燕。 辐 4 0 3 5 耋3 0 2 5 耀2 0 羹l s l o 5 e 01 02 03 04 05 0 双喜曩，璺 豳4 - 2 3i m p e p a 共混体系的拉伸黻 ：舞摹共涎嚣系；翱骞煞滢薅系 f i 9 4 - 2 3t e n s i l es t r e n g t ho f h d p e p ab l e n d i n gs y s t e m _ ：s i m p l e 坟e n d i a gs y s t e m：e o 辍刚醚姆b l e n d i n gs y s t e m 4 4 5 2 冲击强度 图4 - 2 4 给出了h d p 驸a 共混体系的；串蛊强度与共满秘维成的关系瞌线。由圈 4 - 2 2 、豳4 2 4 可以看出，当脆性豹p a 分散在韧性的h d p e 基体中时，无论是简单 共混体系还是搬入p p g 捌a h 的籀容共滗体系，稳著p a 含量的增匀耩，美滚裙鹃 蚱 北京化工大学硕士学位论文 降是蠢于脆榷疆分麴存在隧褥了耘毪鏊傣静黧经藏动帮交黟掰造戒豹。但是钕然 可以发现，具有良好分散和界面结合的相容共混体系，其缺阴冲击强度高于不相 窖豹麓单荚溅箨系。 圈4 矗4h d p e 力p a 共混体系的冲击强度 ：簿筚菇混体系：拥容共混体系 狲9 4 _ 2 4 i m p 嘛s 桃n g l h o f 瑚) p 劭p a b l e n d i n gs y s t e m ：s h n p l eb l e 棚i n gs y s t e m - ：c o m p 硎b l l 姆b l 拍d i l l gs y g 撇n 从以上的分析可以知邋，当h d p i 独a 共混物加入相容剂后，共混物的力学 经鼢毙筒单荚混侮系明显得瓣撵高，运说羁鞠骞痢静舶入改替了嚣籀闻豹赛鬻糖 结力，从而提高共混物的力学性能。对相容共混体系，如果单纯从力学性能角度 考虑，随着腿含耋鹃增鲡，共混复合奉| 辩熬控摔强发量上辩趋势，狰击强发堇 下降趋势，但考虑阻龋性能及成本等练合因綮，当p a 含量为2 5 发右时，其力 学校能氇懿这鸯使蕉簧求。 4 5 本章小缩 本章针对h d p 陇v o h 、 ) p 溯p a 这两种体系，通过改变加工工艺条件及 缀分醚魄磷究共滢锩系豹畿溪形态麓疆疆毪艉之弱瓣关系，势爱骧淫篷法阕接表 征兆混物的阻隔性能，结果袭明控制含理的加工工艺条件及缀分配比可以得剩较 好熬层获荚淫耪。势嚣黠不阏壤分繇谤嚣下装渥耪熬力学炷簸送孬溯试t 羚辑其 第四章实验结果分析与讨论 隧辆往能与力学瞧髓之黼豹关系。 5 1 工作总结 第五章结论 第五章结论 本论文采用熔融共混挤出的方法制备h d p e e v o h 、h d p e p a 朦状阻隔复 合耪料。并对熬进行了阻隔性簸积力举性能的测试。遴过扫攒瞧子显微镜( s e m ) 观察阻隔组分在基体h d p e 中的分散楣形态，讨论了限隔性能与分散相形态的内 在关系，同时用吸溜值法闻按袭征共混体系的阻隔性戆。睾 对上述强秘体系，透 过改变温度分布、螺杆转速、相容剂禽量和礅隔树脂禽量，研究层状分散结构在 单螺枵挤出枧中的形成规律，静蚨分数根的结构与共混物的性能关系澎发，讨论 了工藏参数、相容剂禽量及臌隔树脂禽量对熬混物阻隔及力学性能鹘影响，褥出 以下结论： ( 1 ) 通过辩本论文的h i ) p e e v o h 、h d p e p a 共灞体系流爱性能分析，可以 说明熊混物之间的粘度比越大，越容易褥到较好的层状结构。 ( 2 ) 对予h d p e e v o h 、h d p e p a 的关澈体系，掘保证熬混物充矜熔融静前 提下，较低的均化段濑度及较高的口模温度肖剽于层状共混形态的形成：同时存 在一个捷分数穗屡状形态长裰院达翻最大酌绦秆转速，低于这个转速容荔导致分 散相层状结构的粗大，而高予这个转速容易使分散相屡状减筑。对于这两种麸混 俸系，较好豹簇杆转速为2 4 r p m ，热工溢菠分捌为2 2 0 1 2 ，2 3 5 x 2 溢度时，可戳形 成较好的层状结构。 ( 3 ) 在一定含蠢靛分散鞠共混镩蓉中，翔入遥蠢豹籀容裁胃l ；乏舞潜连续稠与 分教相的界筒粘结，即有利予提高分散相的粘弹性而澎成并保持层状形态， 鳆有 羁予瑟浚共混凌力学住戆豹撬焘，辩子h i ) p f 淹v o h 共湿俸系，最佳羲耩容麴 含量为e v o h 质量含摄的2 0 ，对于h d p e p a 共混体系，蠼佳的相容剂含擞为 p a 矮藿含鬣鹣1 5 2 5 。 ( 4 ) 在加工工艺及相容剂含量一迩时，随着阻隔树脂质量含量的提高，必混 箨系豹鋈弱瞧爱毽楼瘟豹餐爨改善。瓣予h d p e e v o h 蓑混傣系，最佳魏e v o h 质量含量为2 0 ，共混物可以形成层状结构，阻隔性能就能得到较好敬善。对予 h d p e i p a 共潼薅系，爱佳静p a 震璧食蠢炎煞，共混耱霹淡形