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EVA/LLDPE改善HDPE注塑制品耐环境应力开裂性能的研究

分享到: 本站编辑:admin 日期: 2014-09-12 15:05 点击:

【中文摘要】:

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   【摘 要】采用EVA/LLDPE共混体系对HDPE进行了增韧,以提高其制品耐环境应力开裂性能。结果表明EVA/LLDPE共用比单一组分改性效果要好,在合理配比下有较好的冲击韧性、拉伸强度、断裂伸长率,其注塑制品有较好的耐环境应力开裂性能。 
  【关键词】高密度聚乙烯;耐环境应力开裂;共混;增韧 
  0 前言 
  高密度聚乙烯(HDPE)是一种应用范围很广泛的热塑性塑料,具有良好的化学稳定性和易成型加工等特点,被广泛应用于食品、汽车、化工等领域[1]。但HDPE结晶度高,韧性不够高、硬度低、耐环境应力开裂性能(ESCR)差,这些缺陷制约了它的适用范围,尤其是注塑制品接线暗合中的酞青兰系列,放置三个月后就出现开裂现象,严重影响其使用。本文围绕HDPE增韧为中心任务,采用注塑级HDPE树脂,研究了HDPE牌号、EVA、LLDPE对HDPE注塑制品力学性能及耐环境应力开裂性能的影响。 
  1 实验部分 
  1.1 主要原材料 
  HDPE6070(菲律宾NPCA);HDPE6070(韩国大林);HDPE5306J(扬子石化);EVA4355(美国杜邦);LLDPE(DFDA-7042扬子石化);酞青兰阻燃色母粒(自制)。 
  1.2 主要实验设备 
  塑料注塑成型机(CJ50E,震德塑料机械有限公司);微机控制电子万能试验机(CMT4204,深圳市新三思材料检测有限公司);简支梁摆锤冲击试验机(ZBC1501-2,深圳市新三思材料检测有限公司);熔体流动速率仪(XNR-400A,承德市万吉仪器仪表制造有限公司);热变形维卡测定仪(XWB-300C,北京时代新天测控技术有限公司)。 
  1.3 试样制备 
  将物料按照配比称量,将各组分搅拌混合均匀,参照独立体系注塑加工工艺设置共混体系注塑工艺,用塑料注塑成型机制备标准试样。试样需无气泡、凹陷、飞边等缺陷。 
  1.4 性能测试 
  性能测试均采用最新国家标准。熔体流动速率:GB/T 3682-2000;拉伸性能:GB/T 1040-2006;冲击性能:GB/T 1043-1993;弯曲性能:GB/T 9341-2000;维卡软化点:GB/T 1633-2000;塑料热老化试验方法GB/T 7141-2008。 
  2 结果与讨论 
  2.1 不同牌号HDPE与产品耐应力开裂性能的研究 
  据厂方的研究,放置三个月没有发生开裂的制品在后期使用过程中就不会再发生开裂现象。EVA具有良好的挠曲性、韧性和耐应力开裂性及粘结性, 并可提高HDPE与其它聚合物共混时的相容性。因此采用初步尝试三种不同厂家HDPE与EVA和阻燃色母粒以65:15:20共混后,注塑成型接线暗盒产品,放置三个月后观察其开裂情况,同时制备标准试样,测试其力学性能。 
  韩国大林和扬子石化的HDPE制品均能放置三个月不发生开裂,而菲律宾的HDPE6070三个月不到就发生图1所示的开裂现象。理论上这三种材料均能满足要求,但由于塑料中加入颜料后一般冲击韧性会下降较大,有机颜料的加入会引起制品成型收缩加大。酞青兰是一种分子结构对称的颜料,在塑料中分散较困难,会作为成核剂状态存在,引起高聚物结晶性能变化,导致成型收缩率大的HDPE着色后成型收缩率更大,比起其他颜色的制品更易开裂。 
  图1 HDPE注塑接线暗合开裂现象 
  表1 不同牌号HDPE与EVA共混物试样的力学性能 
  但是目前韩国大林的HDPE6070货源紧张,价格偏高。而且要提高HDPE的耐应力开裂性能,应该选择熔体流动速率小(分子量大)、分子量分布窄(低分子量级分少) 以及链支化度较高的HDPE树脂为原料,结合表1力学性能分析,扬子石化的HDPE 5306J断裂伸长率最大,韧性最好,较为适合作为该产品的基体树脂,并希望通过改性后获得更好的综合性能。 
  2.2 EVA、LLDPE改性对产品耐应力开裂的对比 
  EVA具有良好的挠曲性、韧性和ESCR性及粘结性,并可提高HDPE与其它聚合物共混时的相容性。LLDPE的各种物理性能均接近于HDPE,其ESCR性能十分优异,而且可与HDPE以任何比例共混。有试验结果表明,LLDPE和EVA可显著改进HDPE的韧性,提高HDPE共混物的ESCR性能[2]。 
  选择扬子石化的HDPE5306J分别加入等量的EVA和LLDPE,同时加入等量的酞青兰系列阻燃色母粒,测试其有关性能,结果如下: 
  表2 EVA和LLDPE改性HDPE共混体系的力学性能 
  两种改性材料都使共混体系的拉伸强度下降(HDPE5306J≥20MPa),HDPE/EVA的下降幅度大于HDPE/LLDPE,且EVA的熔融指数显然更低一些,从提高ESCR的角度来看更为合适。但要使共混物的力学性能满足厂家要求,EVA的用量不应超过15(下转第37页)(上接第21页)份。 
  2.3 EVA/LLDPE共混体系对产品耐应力开裂性能的影响 
  表3 EVA/LLDPE不同配比对共混体系力学性能的影响 
  HDPE 是一种结晶度高的聚合物材料,发生ESCR并非纯粹的脆性断裂。有研究结果表明,在HDPE中加入增韧材料,如果HDPE的韧性得到改善,那么HDPE的冲击性能和ESCR性能也同时得到提高[2]。 
  由实验数据可以看出,EVA/LLDP共混体系的增韧效果要好于单独的增韧体系,配比为4:11和6:9的综合性能更佳,韧性效果较好的同时,其他力学性能下降也不多。主要原因为加入的EVA可充当应力集中中心,不仅可诱发银纹消耗能量,还可控制银纹发展成破坏性的裂纹,共混物的抗冲击性能和ESCR性能就可得到提高;LLDPE含有规整的短支链,短支链可起到连接分子的作用,使材料韧性增强,综合两者的共同作用,使共混体系的ESCR性能得到提高。[3] 
  2.4 热老化对EVA/LLDPE共混体系耐环境应力开裂性能的影响 
  在50℃条件下进行热空气人工老化,每隔12小时取样,共计48小时。进行有关力学性能测试, 由测试结果分析可以看出,不同体系冲击韧性随老化时间的变化,冲击韧性均为下降趋势,且下降幅度不大,6:9共混体系韧性比14:1的较好;弯曲强度随老化时间增加,各性能变化比较稳定,并且6:9的弯曲强度比14:1的大,各项性能指标符合制品要求。且6:9体系的制品室温下放置近6个月未发生开裂,各项性能指标完全符合制品要求,进一步证实了EVA/LLDPE共混体系改性HDPE有较好的耐环境应力开裂性能。 
  3 结论 
  (1)HDPE厂家、牌号不同,熔体流动速率不同,残留剂含量不同,诱发老化的因素不同等,导致产品耐应力开裂性能不同。 
  (2)用 EVA/LLDPE共混改性是提高HDPE制品耐应力开裂性能的有效方法。合理的配比能使其韧性及其他力学性能符合制品指标,同时改善制品的耐应力开裂性能,综合性能达到最佳状态。 
  【参考文献】 
  [1]曹胜先.HDPE耐环境应力开裂性能的改进[J].黑龙江石油化工,1996(1). 
  [2]刘秉志,周淑英,李长明,等.HDPE/LLDPE/EVA共混物的研究[J].哈尔滨电工学院学报,1995.9,3(18):261~265. 
  [3]LIU T M and BAKER W E. Polymer Engineering and Science[J]. 1992,32(14):944. 

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本文TAGS: 高密度聚乙烯;耐环境应力开裂;共混;增韧

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