【整理】sbs改性沥青混凝土配合比设计与施工探讨

1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。【2017年整理】SBS改性沥青混凝土配合比设计与施工探讨【2017年整理】SBS改性沥青混凝土配合比设计与施工探讨福建省龙岩至长汀（闽赣界）高速公路为国家重点公路干线厦门至昆明东部出海口的重要路段，地处福建西部，B2合同段起迄桩号YK37+905YK70+470,全长32.813km（有新泉互通立交一处）。沿线桥隧较多，纵坡也多，桥隧总长达15.004km，占路线总长45.7%。设计路面结构为4cmAC-13C SBS改性沥青混凝土上面层，6cmAC-20C沥青混凝土中面层，16cmATB-25沥青稳

2、定碎石下面层。1 SBS改性沥青及原材料1.1 SBS改性沥青 SBS改性沥青是在原有基质沥青（AH-70）的基础上，掺加2.5%、3.0%、4.0%的SBS改性剂，改性后的沥青，与原沥青相比，其高温粘度增大，软化点升高。在良好的设计配合比和施工条件下，沥青路面的耐久性和高温稳定性明显提高。龙长高速公路沥青路面使用的SBS改性沥青，其基质沥青为埃索（ESSO）重交通道路石油沥青AH-70，改性剂为热塑性橡胶共聚物。基质沥青和SBS改性沥青的技术指标要求见表1。1.2 集料 龙长高速公路B2合同段沥青路面上面层粗集料采用辉绿岩，集料毛体积相对密度为2.968g/m3，洛杉矶磨耗率为11.8%，压

3、碎值为9.2%，石料磨光值为46.3BPN；细集料包括人工砂、天然砂。沥青路面面层宜采用人工砂作为细集料，砂当量大于60%；细集料由洁净、干燥、无风化、无有害杂质有适妥的颗粒组成，并与改性沥青有良好的粘附性。天然砂由于质量变化大（大部分为中粗砂），形状较圆滑，与沥青的粘附性差，对沥青混合料影响较大。细集料分成2.364.75mm和02.36mm两种规格，B2合同段，施工采用制砂机加工石灰岩，制砂过程中严格做好除尘，要求2.364.75mm的材料其0.075mm的通过率不大于5%；03mm材料0.075mm的通过率不大于15%。1.3 填料（矿粉） 改性沥青混合料填充料宜采用强基性岩石（石灰岩、

4、岩浆岩）等增水性石料磨细后的矿粉。用于改性沥青混合料面层的填料应洁净、干燥，其质量应符合公路沥青路面技术规范规定的技术要求。宜采用石灰石加工，0.075mm的通过率应不小于70%；采用不超过矿料总量2%的水泥，以改善集料的粘附性。本项目规定上面层不使用回收粉。1.4 检测指标（见表2）        2 沥青混合料配合比设计 改性沥青混合料的配合比设计，应遵循公路沥青路面施工技术规范中关于热拌沥青混合料配合比设计的目标配合比、生产配合比、试拌试铺的三个阶段，确定矿料级配及最佳改性沥青用量。为了使设计的混合料能够达到实施效果，

5、我们从材料、施工工艺、质量控制标准和质量控制方法等诸多方面提出以下建议。2.1 合成级配 沥青混合料配合比设计级配应采用贝雷法进行设计，级配选择原则：AC-13C沥青砼把2.36mm作为关键性筛孔，要求2.36mm以下筛孔的通过率小于40%，取级配下限以达到密实、嵌挤。我们通过多种级配组合，最终确定级配控制范围13.2mm通过率91%95%，4.75mm通过率38%42%，2.36mm通过率28%32%，0.075mm通过率5%7%左右较为合适。2.2 粉胶比通常认为0.075mm通过率与最佳油石比的比例，规范在1.01.2之间。而Superpase方法认为0.075mm以下用量与有效沥青用量

6、的比值应在1.01.6之间。通过近年来实践，规范要求的粉胶比偏低，用油量大，保证了泌水性，但抗车辙能力明显不足，近观这几年各地调整公路的路面结构形式足以说明这个问题。因此建议规范粉胶比在1.01.4之间较为合适。2.3 混合料技术指标（参见表3） 击实温度应在基质沥青粘温曲线确定的最佳碾压温度的基础上增加1520°C，并与施工碾压时温度一致，控制在160165°C之间。2.4 理论密度 理论密度一般采用计算法和实测法。表4为三种理论密度的计算及实测数据，仅供参考。2.5 矿料间隙率 无论是马歇尔设计方法还是Superpase设计方法，都是对沥青混合料的体积性质指标的确定，只

7、是一个是击实法，一个是旋转压实法，相比之下Superpase设计方法更反映实际碾压情况。体积指标有三项：空隙率VA、饱和度VFA、矿料间隙率VMA。矿料间隙率VMA是影响沥青路面使用品质最主要的体积性质指标，在新规范中已有描述，并与VA、集料最大公称粒径建立了对应关系。表5中12.5mm孔径采用Superpase方案与现行规范的13.2mm孔径不一致，供大家参考。2.6 AC-13C SBS改性沥青混合料生产配合比试验结果（参见表6）3 SBS改性沥青试验要点 （1） 试验样品的取样：在施工过程中所用的改性沥青每车都必须检验。取样一定要均匀，具有代表性。对每份试样应加热后一次浇满所需的试模，不

8、宜重复加热使用。试验浇模的温度必须达到160°C以上，并且浇模和混合料的制备之前，必须充分搅拌均匀。 （2） 做软化点试验时，必须按试验规程将试样加热、浇注试样环，不允许使用其他方法填满试样环，否则试验结果误差很大。 （3） 混合料的拌和与击实温度应根据改性沥青路面施工技术规范和沥青胶结料的粘温关系曲线进行确定，进行室内配合比设计时的拌和温度、击实温度应与拌和厂拌和温度、现场碾压温度一致。建议：拌和温度不小于160°C、初压温度不小于150°C、复压温度不小于140°C、终压温度不小于110°C。 （4） 应将制备好的胶结料拌合均匀后进行取样和

9、混合料的制备。混合料体积指标的测定要统一，对于密级配沥青混合料试件密度的测定应统一采用表干法。 （5） 改性沥青混合料的水稳定性应符合以下两个指标要求，达不到要求时应采取抗剥落措施：采用“沥青混合料马歇尔稳定度试验”方法测定的48h浸水马歇尔稳定试验残留稳定度不应小于80%；采用“沥青混合料冻融劈裂试验”方法测定的劈裂强度比不应小于80%。4 施工要点SBS沥青是一种弹性塑胶类改性沥青，正确使用可以显著提高沥青面层的抗车辙性能，增加耐久性，增强抗老化能力，延长公路的使用寿命。与AH-70基质沥青相比，其粘度、软化点明显增加，因此决定了SBS沥青与普通沥青在运输储存与面层施工等方面有不同的要求，

10、只有正确使用才能达到预期效果。4.1 改性沥青运输 SBS沥青出厂装车温度大于160°C,采用有保温设施的沥青专用车运输，运到现场温度应大于140°C，温度过低将导致无法卸车，运输车辆须在24h内运到指定地点，并及时把沥青泵送到沥青储存罐中。4.2 改性沥青储存SBS沥青应使用单独的储存罐，避免与其它沥青混合，降低改性沥青的性能；储存温度不宜超过150°C，若高于150°C长期储存（1周或更长时间），会破坏SBS结构，导致性能下降；如果因雨季或其它原因需长期储存（1个月之内），应降至130°C以下，使用时建议采用加热盘管或导热油加热并加以搅拌；

11、SBS沥青在正常贮存条件下，保质期一般为30天左右。沥青砼热拌厂应尽量少储存SBS沥青，做到随进随用，用时多存，不用时少存，存贮罐中自带搅拌器，搅拌器每3h搅拌一次，搅拌时间每次20min。4.3 改性沥青泵送 SBS沥青运输、储存温度要求较高，由于生产混合料时需要用沥青泵送到混合料搅拌机中，沥青泵带有过滤器易被某些物质堵塞，从而影响沥青的泵送能力，建议使用网眼较大的过滤器（9.5mm以上），同时加强沥青管线的保温措施，以防堵塞管线。4.4 混合料拌和、运输为保证沥青混合料的质量更稳定，沥青用量更准确，宜采用间隙式拌和机拌和。拌和必须均匀，只有SBS沥青改性剂完全分散在沥青中，才能充分发挥其效

12、能，对于密级配（AC-13I）混合料，应做到拌和后的混合料均匀一致，无细料和粗料分离及花白结成团块现象。由于SBS改性沥青混合料的施工温度要求较高，SBS沥青比基质沥青的温度要提高1520°C，建议拌和温度控制在160°C，前两车出料温度提高5°C。运输车必须加盖篷布或其它保温材料，防止结合料表面结硬，为确保摊铺连续以及平整度大小符合技术规范要求，必须保证摊铺机前至少有两辆车等待卸料，决不能出现摊铺机等车的现象。其余应满足改性沥青面施工技术规范的技术要求。4.5 摊铺 SBS沥青混合料在摊铺时应尽量连续不断的施工，以减少摊铺机和压路机的停顿，应尽量减少横缝，提高其

13、面层平整度。为提高路面的平整度，表面层宜采用非接触式平衡梁。由于SBS沥青粘度较大，粘附力强，如果用轮式平衡梁或雪橇式摊铺厚度控制方式，轮子或雪橇易粘附混合料细颗料，影响平整度。摊铺速度应控制在2m/min，摊铺应缓慢、均匀、连续不间断地进行，禁止随意变换速度或中途停顿。 提高摊铺过程中的预压密实度。SBS改性沥青混合料在高温状态下主要是靠粗集料的嵌挤作用，可适当提高夯锤振捣频率，使剩余压实系数减少，初压的痕迹也极小，进而确保路面的最终平整度。4.6 碾压对于SBS改性沥青混合料，适宜的碾压温度范围是130150°C，最终碾压温度不低于110°C。SBS沥青混合料的压实工艺

14、本着“紧跟、慢压、高频、低幅”八字方针进行，压路机必须紧跟摊铺机的后面，如在高温条件下碾压可取得更好的效果，压实速度控制在45km/h。碾压速度均衡,倒退时关闭振动,方向要逐渐地改变,不许拧着弯行走,在每一道碾压起点或终点可稍微扭弯碾压,消除碾压接头轮迹。决不允许在新铺沥青混合料上转向、调头、左右移动、突然刹车或停车休息。改性沥青路面碾压，不宜用胶轮压路机。我们通过做实验段，确定的压实工艺为：英格索兰DD110初压1遍，戴纳派克CC722或DD130压路机中、低档各碾压2遍，即高频低幅振动碾压2遍，DD110终压2遍。特别注意：施工时若发现压路机粘轮时，用洗衣粉水处理效果较好。4.7 接缝 在

15、施工过程中会产生一些横缝、纵缝和必要的施工缝，接缝必须紧密，连接平顺，不得产生明显的接缝离析。当面摊铺采用梯队作业时的纵缝宜热接缝，当加宽段产生冷接缝时应切齐。切割时的泥水必须冲洗干净，待干燥后涂涮粘层油。在与隧道连接处，水泥板边也要切齐，涂涮粘层油，摊铺时应挂线引导顺接。4.8 SBS沥青混合料的质量控制 对于沥青面层混合料，现场的压实应采用空隙率和压实度双向控制。空隙率计算所需的最大理论密度以每天实测为准，测试按照“沥青路面混合料最大相对密度试验（真空法）（T0711-93）”进行。现场沥青混合料空隙率为3%6%。表面层沥青混合料压实度的检验，以实测芯样为准；为了路面整洁美观，防止取芯位置

16、早期被破坏，及时掌握上面层压实度、厚度及面层总厚度，建议正式开工第一个工作日按规范单幅约200m取芯一个，以后500800m一个，取芯的位置不宜在行车道上，应选在划线的位置。5 施工体会 本工程于2007年11月完工，2008年1月1日正式通车；通过完工验收，工程质量总评分为91.4分，质量等级为优良。 通过本工程，笔者施工体会如下：    （1） 上面层材料尽可能采用辉绿岩、玄武岩等材质坚硬的基性石料，并尽量采用规模化、工厂化生产。 （2） 上面层材料加工应人工挑捡片石破碎，并附带除尘设施，符合环保要求。确保各档材料质量满足规范要求。集料生产按四档进行加工。 （

17、3） 加强改性沥青检测，以“粘温曲线”指导施工。 （4） 改性沥青上面层摊铺过程中，温度下降很快，一般摊铺过程温度下降2030°C左右，所以压路机必须紧跟慢压，为防止温度下降太快，还应将初压、复压连起来碾压。     （5） 上面层除了要满足车辙、冻融劈裂强度比、残留稳定度、压实度、平整度、厚度等指标外，还应检测构造深度、磨擦系数及渗水系数。确保在急刹车情况下有足够的滑行距离和水稳定性。10聚乙烯（PE）简介1.1聚乙烯化学名称：聚乙烯英文名称：polyethylene，简称PE结构式： 聚乙烯是乙烯经聚合制得的一种热塑性树脂，也包括乙烯与少量

18、-烯烃的共聚物。聚乙烯是五大合成树脂之一，是我国合成树脂中产能最大、进口量最多的品种。1.1.1聚乙烯的性能1.一般性能聚乙烯为白色蜡状半透明材料，柔而韧，比水轻，无嗅、无味、无毒，常温下不溶于一般溶剂，吸水性小，但由于其为线性分子可缓慢溶于某些有机溶剂，且不发生溶胀。工业上为使用和贮存的方便通常在聚合后加入适量的塑料助剂进行造粒，制成半透明的颗粒状物料。PE易燃，燃烧时有蜡味，并伴有熔融滴落现象。聚乙烯的性质因品种而异，主要取决于分子结构和密度，也与聚合工艺及后期造粒过程中加入的塑料助剂有关。2.力学性能PE是典型的软而韧的聚合物。除冲击强度较高外，其他力学性能绝对值在塑料材料中都是较低的。

19、PE密度增大，除韧性以外的力学性能都有所提高。LDPE由于支化度大，结晶度低，密度小，各项力学性能较低，但韧性良好，耐冲击。HDPE支化度小，结晶度高，密度大，拉伸强度、刚度和硬度较高，韧性较差些。相对分子质量增大，分子链间作用力相应增大，所有力学性能，包括韧性也都提高。几种PE的力学性能见表1-1。表1-1 几种PE力学性能数据性能LDPELLDPEHDPE超高相对分子质量聚乙烯邵氏硬度(D)拉伸强度MPa拉伸弹性模量MPa压缩强度MPa缺口冲击强度kJ·m-2弯曲强度MPa414672010030012.58090121740501525250550701525607021374

20、00130022.540702540646730501508001003.热性能PE受热后，随温度的升高，结晶部分逐渐熔化，无定形部分逐渐增多。其熔点与结晶度和结晶形态有关。HDPE的熔点约为125137，MDPE的熔点约为126134，LDPE的熔点约为105115。相对分子质量对PE的熔融温度基本上无影响。PE的玻璃化温度（Tg）随相对分子质量、结晶度和支化程度的不同而异，而且因测试方法不同有较大差别，一般在-50以下。PE在一般环境下韧性良好，耐低温性(耐寒性)优良，PE的脆化温度(Tb)约为-80-50，随相对分子质量增大脆化温度降低，如超高相对分子质量聚乙烯的脆化温度低于-140。P

21、E的热变形温度(THD)较低，不同PE的热变形温度也有差别，LDPE约为3850(0.45MPa，下同)，MDPE约为5075，HDPE约为6080。PE的最高连续使用温度不算太低，LDPE约为82100，MDPE约为105121，HDPE为121，均高于PS和PVC。PE的热稳定性较好，在惰性气氛中，其热分解温度超过300。PE的比热容和热导率较大，不宜作为绝热材料选用。PE的线胀系数约在(1530)×10-5K-1之间，其制品尺寸随温度改变变化较大。几种PE的热性能见表1-2。表1-2几种PE热性能性能LDPELLDPEHDPE超高相对分子质量聚乙烯熔点热降解温度(氮气)热变形温

22、度(0.45MPa)脆化温度线性膨胀系数(×10-5K-1)比热容J·(kg·K)-1热导率/ W·(m·K)-11051153003850-80-501624221823010.351201253005075-100-751251373006080-100-701116192523010.421902103007585-140-704.电性能PE分子结构中没有极性基团，因此具有优异的电性能，几种PE的电性能见表1-3。PE的体积电阻率较高，介电常数和介电损耗因数较小，几乎不受频率的影响，因而适宜于制备高频绝缘材料。它的吸湿性很小，小于0.01

23、（质量分数），电性能不受环境湿度的影响。尽管PE具有优良的介电性能和绝缘性，但由于耐热性不够高，作为绝缘材料使用，只能达到Y级（工作温度90）。表1-3聚乙烯的电性能性能LDPELLDPEHDPE超高相对分子质量聚乙烯体积电阻率/·cm介电常数/F·m-1（106Hz）介电损耗因数（106Hz）介电强度/kV·mm-110162.252.350.00052010162.202.300.0005457010162.302.350.0005182810172.350.0005355.化学稳定性PE是非极性结晶聚合物，具有优良的化学稳定性。室温下它能耐酸、碱和盐类的水溶

24、液，如盐酸、氢氟酸、磷酸、甲酸、醋酸、氨、氢氧化钠、氢氧化钾以及各类盐溶液(包括具有氧化性的高锰酸钾溶液和重铬酸盐溶液等)，即使在较高的浓度下对PE也无显著作用。但浓硫酸和浓硝酸及其他氧化剂对聚乙烯有缓慢侵蚀作用。PE在室温下不溶于任何溶剂，但溶度参数相近的溶剂可使其溶胀。随着温度的升高，PE结晶逐渐被破坏，大分子与溶剂的作用增强，当达到一定温度后PE可溶于脂肪烃、芳香烃、卤代烃等。如LDPE能溶于60的苯中，HDPE能溶于8090的苯中，超过100后二者均可溶于甲苯、三氯乙烯、四氢萘、十氢萘、石油醚、矿物油和石蜡中。但即使在较高温度下PE仍不溶于水、脂肪族醇、丙酮、乙醚、甘油和植物油中。PE

25、在大气、阳光和氧的作用下易发生老化，具体表现为伸长率和耐寒性降低，力学性能和电性能下降，并逐渐变脆、产生裂纹，最终丧失使用性能。为了防止PE的氧化降解，便于贮存、加工和应用，一般使用的PE原料在合成过程中已加入了稳定剂，可满足一般的加工和使用要求。如需进一步提高耐老化性能，可在PE中添加抗氧剂和光稳定剂等。6.卫生性PE分子链主要由碳、氢构成，本身毒性极低，但为了改善PE性能，在聚合、成型加工和使用中往往需添加抗氧剂和光稳定剂等塑料助剂，可能影响到它的卫生性。树脂生产厂家在聚合时总是选用无毒助剂，且用量极少，一般树脂不会受到污染。PE长期与脂肪烃、芳香烃、卤代烃类物质接触容易引起溶胀，PE中有

26、些低相对分子质量组分可能会溶于其中，因此，长期使用PE容器盛装食用油脂会产生一种蜡味，影响食用效果。1.1.2聚乙烯的分类聚乙烯的生产方法不同，其密度及熔体流动速率也不同。按密度大小主要分为低密度聚乙烯（LDPE）、线型低密度聚乙烯（LLDPE）、中密度聚乙烯（MDPE）、高密度聚乙烯（HDPE）。其中线性低密度聚乙烯属于低密度聚乙烯中的一种，是工业上常用的聚乙烯，其他分类法有时把MDPE归类于HDPE或LLDPE。按相对分子质量可分为低相对分子质量聚乙烯、普通相对分子质量聚乙烯、超高相对分子质量聚乙烯。按生产方法可分为低压法聚乙烯、中压法聚乙烯和高压法聚乙烯。1.低密度聚乙烯英文名称： Lo

27、w density polyethylene，简称LDPE低密度聚乙烯，又称高压聚乙烯。无味、无臭、无毒、表面无光泽、乳白色蜡状颗粒，密度0.9100.925g/cm3，质轻，柔性，具有良好的延伸性、电绝缘性、化学稳定性、加工性能和耐低温性（可耐-70），但力学强度、隔湿性、隔气性和耐溶剂性较差。分子结构不够规整，结晶度较低（55%65%），熔点105115。LDPE可采用热塑性成型加工的各种成型工艺，如注射、挤出、吹塑、旋转成型、涂覆、发泡工艺、热成型、热风焊、热焊接等，成型加工性好。主要用作农膜、工业用包装膜、药品与食品包装薄膜、机械零件、日用品、建筑材料、电线、电缆绝缘、吹塑中空成型制品

28、、涂层和人造革等。2.高密度聚乙烯英文名称：High Density Polyethylene，简称HDPE高密度聚乙烯，又称低压聚乙烯。无毒、无味、无臭，白色颗粒，分子为线型结构，很少有支化现象,是典型的结晶高聚物。力学性能均优于低密度聚乙烯，熔点比低密度聚乙烯高，约125137，其脆化温度比低密度聚乙烯低，约-100-70，密度为0.9410.960g/cm3。常温下不溶于一般溶剂，但在脂肪烃、芳香烃和卤代烃中长时间接触时能溶胀，在70以上时稍溶于甲苯、醋酸中。在空气中加热和受日光影响发生氧化作用。能耐大多数酸碱的侵蚀。吸水性小，具有良好的耐热性和耐寒性，化学稳定性好，还具有较高的刚性和韧

29、性，介电性能、耐环境应力开裂性亦较好。HDPE可采用注射、挤出、吹塑、滚塑等成型方法，生产薄膜制品、日用品及工业用的各种大小中空容器、管材、包装用的压延带和结扎带，绳缆、鱼网和编织用纤维、电线电缆等。3.线性低密度聚乙烯英文名称：Linear Low Density Polyethylene，简称LLDPE线形低密度聚乙烯被认为是“第三代聚乙烯”的新品种，是乙烯与少量高级-烯烃(如丁烯-1、己烯-1、辛烯-1、四甲基戊烯-1等)在催化剂作用下，经高压或低压聚合而成的一种共聚物，为无毒、无味、无臭的乳白色颗粒，密度0.9180.935g/cm3。与LDPE相比，具有强度大、韧性好、刚性大、耐热、

30、耐寒性好等优点，且软化温度和熔融温度较高，还具有良好的耐环境应力开裂性，耐冲击强度、耐撕裂强度等性能。并可耐酸、碱、有机溶剂等。LLDPE可通过注射、挤出、吹塑等成型方法生产农膜、包装薄膜、复合薄膜、管材、中空容器、电线、电缆绝缘层等。由于不存在长支链，LLDPE的 6570用于制作薄膜。4.中密度聚乙烯英文名称：Medium density polyethylene，简称MDPE中密度聚乙烯是在合成过程中用-烯烃共聚，控制密度而成。MDPE的密度为0.9260.953g/cm3，结晶度为7080，平均相对分子质量为20万，拉伸强度为824MPa，断裂伸长率为5060，熔融温度126135，熔

31、体流动速率为0.135g10min，热变形温度(0.46MPa)4974。MDPE最突出的特点是耐环境应力开裂性及强度的长期保持性。MDPE可用挤出、注射、吹塑、滚塑、旋转、粉末成型加工方法，生产工艺参数与HDPE和LDPF相似，常用于管材、薄膜、中空容器等。5.超高相对分子质量聚乙烯英文名称：ultra-high molecular weight polyethylene，简称UHMWPE超高相对分子质量聚乙烯冲击强度高，耐疲劳，耐磨，是一种线型结构的具有优异综合性能的热塑性工程塑料。其相对分子质量达到300600万，密度0.9360.964g/cm3，热变形温度(0.46MPa)85，熔点

32、130136。UHMWPE因相对分子质量高而具有其他塑料无可比拟的优异性能，如耐冲击、耐磨损、自润滑性、耐化学腐蚀等性能，广泛应用于机械、运输、纺织、造纸、矿业、农业、化工及体育运动器械等领域，其中以大型包装容器和管道的应用最为广泛。另外，由于超高相对分子质量聚乙烯优异的生理惰性，已作为心脏瓣膜、矫形外科零件、人工关节等在临床医学上使用，而且，超高相对分子质量聚乙烯耐低温性能优异，在-40时仍具有较高的冲击强度，甚至可在-269下使用。超高相对分子质量聚乙烯纤维的复合材料在军事上已用作装甲车辆的壳体、雷达的防护罩壳、头盔等；体育用品上已制成弓弦、雪橇和滑水板等。由于超高相对分子质量聚乙烯熔融状

33、态的粘度高达108Pa·s，流动性极差，其熔体流动速率几乎为零，所以很难用一般的机械加工方法进行加工。近年来，通过对普通加工设备的改造，已使超高相对分子质量聚乙烯由最初的压制-烧结成型发展为挤出、吹塑和注射成型以及其他特殊方法的成型。6.茂金属聚乙烯茂金属聚乙烯(mPE)是近年来迅速发展的一类新型高分子树脂，其相对分子质量分布窄，分子链结构和组成分布均一，具有优异的力学性能和光学性能，已被广泛应用于包装、电气绝缘制品等。1.1.3聚乙烯的成型加工PE的熔体粘度比PVC低，流动性能好，不需加入增塑剂已具有很好的成型加工性能。前文已介绍了各类聚乙烯可采用的成型加工方法，下面主要介绍在成型

34、过程中应注意的几个问题。聚乙烯属于结晶性塑料，吸湿小，成型前不需充分干燥，熔体流动性极好，流动性对压力敏感，成型时宜用高压注射，料温均匀，填充速度快，保压充分。不宜用直接浇口，以防收缩不均，内应力增大。注意选择浇口位置，防止产生缩孔和变形。PE的热容量较大，但成型加工温度却较低，成型加工温度的确定主要取决于相对分子质量、密度和结晶度。LDPE在180左右， HDPE在220左右，最高成型加工温度一般不超过280。熔融状态下，PE具有氧化倾向，因而，成型加工中应尽量减少熔体与空气的接触及在高温下的停留时间。PE的熔体粘度对剪切速率敏感，随剪切速率的增大下降得较多。当剪切速率超过临界值后，易出现熔

35、体破裂等流动缺陷。制品的结晶度取决于成型加工中对冷却速率的控制。不论采取快速冷却还是缓慢冷却，应尽量使制品各部分冷却速率均匀一致，以免产生内应力，降低制品的力学性能。收缩范围和收缩值大(一般成型收缩率为1.55.0)，方向性明显，易变形翘曲，冷却速度宜慢，模具设冷料穴，并有冷却系统。软质塑件有较浅的侧凹槽时，可强行脱模。1.1.4聚乙烯的改性聚乙烯属非极性聚合物，与无机物、极性高分子相容性弱，因此其功能性较差，采用改性可提高PE的耐热老化性、高速加工性、冲击强度、粘接性、生物相容性等性质。常用的改性方法包括物理改性和化学改性。1.物理改性物理改性是在PE基体中加入另一组分(无机组分、有机组分或

36、聚合物等)的一种改性方法。常用的方法有增强改性、共混改性、填充改性。（1）增强改性 增强改性是指填充后对聚合物有增强效果的改性。加入的增强剂有玻璃纤维、碳纤维、石棉纤维、合成纤维、棉麻纤维、晶须等。自增强改性也属于增强改性的一种。自增强改性。所谓自增强就是使用特殊的加工成型方法，使得材料内部组织形成伸直链晶体，材料内部大分子晶体沿应力方向有序排列，材料的宏观强度得到大幅度提高，同时分子链有序排列将使结晶度提高，从而使材料的强度进一步提高，由于所形成的增强相与基体相的分子结构相同，因而不存在外增强材料中普遍存在的界面问题。如采用超高相对分子质量聚乙烯(UHMPE)纤维增强LDPE，在加热加压成型

37、的条件下，可以形成良好的界面，最大限度发挥基体和纤维的强度。纤维增强改性。纤维增强聚合物基复合材料由于具有比强度高、比刚度高等优点而得到广泛应用。如采用经KH-550偶联剂处理的长玻璃纤维(LGF)与PE复合制备的PELGF复合材料，当LGF加入量为3O(质量分数)、长度约为35mm时，复合材料的拉伸强度和冲击强度分别为52.5MPa和52kJm。晶须改性。晶须的加入能够大幅度提高HDPE材料的力学性能，包括短期力学性能及耐长期蠕变性能。晶须对HDPE材料的增强作用主要归因于它们之间的良好界面粘接，同时刚性的晶须则能够承担较大的外界应力使复合材料的模量得到提高。纳米粒子增强改性。少量无机刚性粒

38、子填充PE可同时起到增韧与增强的作用。如将表面处理过的纳米SiO2粒子填充mLLDPE-LDPE，SiO2纳米粒子均匀分散于基材中，与基材形成牢固的界面结合，当填充质量分数为2时，拉伸强度、断裂伸长率分别提高了13.7MPa和174.9。（2）共混改性 共混改性主要目的是改善PE的韧性、冲击强度、粘接性、高速加工性等各种缺陷，使其具有较好的综合性能。共混改性主要是向PE基体中加入另一种聚合物，如塑料类、弹性体类等聚合物，以及不同种类的PE之间进行共混。PE系列的共混改性。单一组分的PE往往很难满足加工要求，而通过不同种类PE之间的共混改性可以获得性能优良的PE材料。如通过LDPE与LLDPE共

39、混，解决了LDPE因大量添加阻燃剂和抗静电剂等助剂造成力学性能急剧降低的问题；LLDPE与HDPE共混后可以提高产品的综合性能。PE与弹性体的共混改性。弹性体具有低的表面张力、较强的极性、突出的增韧作用，因此与PE共混后，既能保持PE的原有性能，同时也可以制备出具有综合优良性能的PE。如LDPE-聚烯烃弹性体(POE)共混物，当POE的质量分数为3O时，共混体系的拉伸强度达到最大值，为21.5 MPa。PE与塑料的共混改性。聚乙烯具有良好的韧性，但制品的强度和模量较低，与工程塑料等共混可提高复合体系的综合力学性能。但PE和这类高聚物的界面问题也是影响其共混物性能的主要原因，因此通常需要加入界面

40、相容剂以提高共混物的力学性能。（3）填充改性 填充改性是在PE基质中加入无机填料或有机填料，一方面可以降低成本达到增重的目的，另一方面可提高PE的功能性，如电性能、阻燃性能等，但同时对复合材料的力学性能和加工性能带来一定程度的影响。无论是无机填料还是有机填料，填料与PE基体的相容性和界面粘接强度是PE填充改性必须面临的问题，而PE是非极性化合物，与填料相容性差，因此，必须对填料进行表面处理。填料的表面处理一般采用物理或化学方法进行处理，在填料表面包覆一层类似于表面活性剂的过渡层，起“分子桥”的作用，使填料与基体树脂间形成一个良好的粘接界面。常用的填料表面处理技术有：表面活性剂或偶联剂处理技术、

41、低温等离子体技术、聚合填充技术和原位乳液聚合技术等。PE中填充木粉、淀粉、废纸粉、滑石粉、碳酸钙等一类填料，不仅可以改善PE的性能，同时也具有十分重要的健康环保意义。2.化学改性化学改性的方法主要有接枝改性、共聚改性、交联改性、氯化及氯磺化改性和等离子体改性处理等方法。其原理是通过化学反应在PE分子链上引入其他链节和功能基团，由此提高材料的力学性能、耐侯性能、抗老化性能和粘接性能等。（1）接枝改性 接枝改性是指将具有各种功能的极性单体接枝到PE主链上的一种改性方法。接枝改性后的PE不但保持了其原有特性，同时又增加了其新的功能。常用的接枝单体有丙烯酸(AA)、马来酸酐(MA)、马来酸盐、烯基双酚

42、A醚和活性硅油等。接枝改性的方法主要有溶液法、固相法、熔融法、辐射接枝法、光接枝法等。（2）共聚改性 共聚改性是指通过共聚反应将其他大分子链或官能团引入到PE分子链中，从而改变PE的基本性能。主要改性品种有乙烯-丙烯共聚物（塑料）、EVA、乙烯-丁烯共聚物、乙烯-其他烯烃（如辛烯POE、环烯烃）共聚物、乙烯-不饱和酯共聚物（EAA、 EMAA 、EEA、EMA、EMMA、EMAH）等。通过共聚反应，可以改变大分子链的柔顺性或使原来的基团带有反应性官能团，可以起到反应性增容剂的作用。（3）交联改性 交联改性是指在聚合物大分子链间形成了化学共价键以取代原来的范德华力，由此极大地改善了诸如耐热性、耐磨性、弹性形变、耐化学药品性及耐环境应力开裂性等一系列物理化学性能，适于作大型管材、电缆电线