双峰HDPE树脂的结构及改性研究

【摘要】目前PE100级管材料主要是双峰结构的高密度聚乙烯(HDPE),本论文依托吉林石化30万吨/年的HDPE树脂合成装置及管材料树脂产品,深入研究国内外常用聚合工艺生产的PE100级管材料的基本结构参数,以及聚乙烯粉末经混炼造粒后共混物的物理性能、力学性能和加工性能,得出各种物性的相互影响和影响程度,以获得综合性能的平衡。主要内容有以下几个方面：1.采用高温凝胶色谱法研究了不同HDPE的分子量及其分布,并对各自的流变性能,热性能和力学性能进行了研究。结果表明分子量及其分布是决定树脂性能的重要因素,低分子量部分含量越多结晶度越大；熔体流动速率(MFR)与重均分子量(Mw)成反比;分子量越大对剪切速率越敏感；分子量分布指数(PDI)越大,拉伸强度(σb)越高,但冲击性能下降。耐环境应力开裂(ESCR)性能与高分子部分含量和结晶度有关,在高分子部分含量相同的情况下,耐环境应力开裂取决于结晶度的大小。2.对于双反应釜串联法生产的双峰HDPE,为了研究低分子量均聚物对双峰HDPE的影响,将两种不同的低分子量高密度聚乙烯(LMWPE)加入到两种双峰HDPE中,分别利用高温凝胶色谱、差示扫描量热仪(DSC)和毛细管流变仪研究了LMWPE/HDPE的分子量及其分布、结晶度和流变性能,并且测试了各自的力学性能。降低第1釜分子量能够有效增加双峰HDPE的分子量分布,结晶度明显增加。不同LMWPE加入量的样品在低剪切速率下的流变性能变化不大,高剪切速率下流动性增加。增加低分子量部分有利于双峰HDPE的加工性能,提高了材料的拉伸和弯曲性能,但由于结晶度的增大,使得在拉伸过程中材料呈现出脆性断裂。3.用共沉淀法分别在乙二胺四乙酸(EDTA)水溶液和醇溶液中制备了不同形貌的CaCO3粒子,通过扫描电子显微镜(SEM)观察了所得CaCO3粒子的形貌,用傅立叶红外光谱仪(FTIR)和X射线衍射(XRD)确定了CaCO3粒子的结晶形态。讨论了EDTA含量和不同醇类对CaCO3形貌的影响。在EDTA溶液中主要生成球形或者半球形CaCO3粒子,在乙醇中主要生成纺锤形CaCO3粒子,当两者都存在时倾向生成双生球形貌,并对CaCO3的生长机理进行了探讨。在少量EDTA或硼酸存在的条件下均生成球状CaCO3粒子,但在EDTA中生成表面光滑的粒子,而在硼酸中生成了表面粗糙的方解石结构粒子。4.用HAAKE流变仪将HDPE与4%的CaCO3粒子共混,考察了CaCO3粒子的形貌和尺寸对HDPE性能的影响。加入CaCO3粒子能够提高共混物的结晶度,降低熔融温度和结晶温度,拉伸屈服强度有所提高。其中球形粒子的作用效果最好,并且提高了共混物的热稳定性,而立方体CaCO3粒子降低了共混物的冲击强度。减小CaCO3粒子的粒径可以明显提高复合材料的冲击强度。用SEM观察复合材料的冲击断面,发现CaCO3粒子起到了空洞化和铆钉的作用。
【作者】石行波；
【导师】蔡小平；
【作者基本信息】北京化工大学，化学，2012，博士
【关键词】双峰HDPE；结构；性能；CaCO3；共混；

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