聚乙烯增韌改性研究

豆鵬飛

(長慶油田公司，陜西 榆林 718100)

隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，國家進(jìn)行大規(guī)?；A(chǔ)設(shè)施建設(shè)的背景下，性能優(yōu)異，價格合理的聚乙烯防水片材必將擁有極為廣闊的市場前景[1～3]。隨著國家對防水片材新標(biāo)準(zhǔn)的制定，對聚乙烯防水片材的性能又有了新的要求，這就需要企業(yè)和科研單位迅速對做出反應(yīng)，更新產(chǎn)品，提高產(chǎn)品性能。為了研制出符合國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，能達(dá)到洞庫，隧道等復(fù)雜構(gòu)造的防滲工程要求的柔性聚乙烯防水板材，在本次研究中，我們將分別探討HDPE/LLDPE/POE和HDPE/LLDPE/EVA共混改性體系中不同牌號聚乙烯的配比以及POE(或EVA)混合比例對共混材料力學(xué)性能的影響（拉伸性能，撕裂強(qiáng)度），進(jìn)而篩選出綜合性能優(yōu)異的配方，并盡可能對成本進(jìn)行控制。最后對各配方不透水性，低溫彎折性，熱空氣老化，堿溶液老化等性能進(jìn)行測試，確保符合防水板材的使用標(biāo)準(zhǔn)。希望通過本次課題的研究，可以研制出綜合性能優(yōu)異的聚乙烯防水片材，為企業(yè)的生產(chǎn)提供新配方。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)原料與設(shè)備

1.1.1 實(shí)驗(yàn)原料

LLDPE 5220G，美國陶氏化學(xué)公司生產(chǎn)；HDPE TR144，茂名石化生產(chǎn)；LLDPE 7042，揚(yáng)子石化生產(chǎn)；HDPE 5000S，揚(yáng)子石化生產(chǎn)；POE 5061，美國美孚公司生產(chǎn)；EVA 150，美國杜邦公司生產(chǎn)。

1.1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備

HAAKE RC9000型流變儀，德國哈克公司生產(chǎn)；HAAKE RHEOMIX 600型密煉機(jī)，德國哈克公司生產(chǎn)；HAAKE RHEOMEX CTW100型雙螺桿擠出機(jī)，德國哈克公司生產(chǎn)；JM-B2003型電子天平，諸暨市超澤衡器設(shè)備有限公司生產(chǎn)；KY3201 型微型壓片機(jī)，開研精密機(jī)械設(shè)備廠生產(chǎn)；GL6503型電子萬能試驗(yàn)機(jī)（5 000 N）拉力機(jī)，武漢國量儀器廠生產(chǎn)；DTS-Ⅲ型電動防水卷材不透水儀，武漢市國量儀器廠生產(chǎn)；DWZ-120型低溫彎折儀，天津市港源試驗(yàn)儀器廠生產(chǎn)；DW-40型低溫試驗(yàn)箱，北京中科路建儀器設(shè)備有限公司生產(chǎn)；XQZ-Ⅰ型缺口制樣機(jī)，承德市金建檢測儀器有限公司生產(chǎn)；邵氏硬度計(jì)D型，上海陸用量具有限公司生產(chǎn)。

1.2 共混物的制備

1.2.1 原料配制

根據(jù)不同的測試目的，將不同原料按如下配比進(jìn)行預(yù)先配制混合，其中配方表1～6為POE增韌體系，配方表7～9為EVA增韌體系。

表1 配方1

表2 配方2

表3 配方3

表4 配方4

表5 配方5

表6 配方6

表7 配方7

表8 配方8

表9 配方9

1.2.2 共混加工

將原料按上述配方表所列比例混合均勻，經(jīng)HAAKE雙螺桿擠出機(jī)擠出，螺桿3段溫度和機(jī)頭溫度分別設(shè)為：180-200-200-190℃。螺桿轉(zhuǎn)速設(shè)為50 r/min。將擠出的樣條冷卻后進(jìn)行造粒[4～10]。

控制微型壓片機(jī)溫度為200℃，上升時間15 s，在5 MPa壓力下預(yù)熱3 min，中間排氣40 s，排氣間隔6 s，之后升到10 MPa壓力后熱壓3 min，再低溫(70℃以下)5 MPa保壓2 min出模即得試片，壓板用模具厚度為1 mm，壓板后所得樣片厚度約0.8 mm，具體厚度在測試中測定，放置24 h以上待后續(xù)測試 [11～15]。

2 結(jié)果與討論

2.1 配方優(yōu)化與篩選

2.1.1 測試配方中各組分對片材性能的貢獻(xiàn)

在這一案例中，教師設(shè)計(jì)了看似“豐富”的教學(xué)活動，學(xué)生也確實(shí)都“動”起來了，但卻缺少思維含量，這樣的課堂留白不利于促進(jìn)學(xué)生思考，反而會影響學(xué)生對正弦定理的理解，甚至造成數(shù)學(xué)觀的扭曲，無疑是不恰當(dāng)?shù)模c其追求形式上的熱鬧，不如將寶貴的教學(xué)時間用于正弦定理的推導(dǎo)與證明，引導(dǎo)學(xué)生感悟其中所蘊(yùn)含的化歸等數(shù)學(xué)思想方法，理解正弦定理的本質(zhì)，真正發(fā)揮課堂留白的作用．

測試結(jié)果如表10，相比較POE-2和POE-3以及POE-8和POE-9而言，在HDPE選擇上，TR144拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長率要明顯優(yōu)于優(yōu)于5000S。相比較POE-4和POE-5以及POE-6和POE-8而言，在LLDPE選擇上，5220G拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長率要明顯優(yōu)于優(yōu)于7042。因此選擇兩種性能較好的HDPE和LLDPE進(jìn)行共混的話，選擇HDPE TR144和LLDPE 5220G。因此配方表10以后的配方都是用這兩種PE來共混改性。

表10 各組分對片材性能的貢獻(xiàn)

2.1.2 研究POE與5220G的配比對材料性能的影響

保持TR144配比不變，研究POE與5220G的配比對材料性能的影響，結(jié)果如表11。由表11數(shù)據(jù)可以看出隨著5220G比例的降低，共混材料的拉伸性能有所下降。說明5220G的加入對于共混材料的拉伸性能有提高作用。

表11 POE與5220G的配比對材料性能的影響

2.1.3 研究POE與TR144的配比對材料性能的影響

保持TR144配比不變，研究POE與TR144的配比對材料性能的影響，結(jié)果如表12。由表12數(shù)據(jù)可以看出隨著TR144比例的降低，共混材料的拉伸性能和撕裂強(qiáng)度有所下降。說明TR144的加入對于共混材料的拉伸性能和撕裂強(qiáng)度有提高作用，也影響著共混材料的硬度。

表12 POE與TR144的配比對材料性能的影響

2.1.4 研究POE含量對于共混材料性能的影響

保持TR144和5220比例不變，研究POE的配比對材料性能的影響，結(jié)果如表13。結(jié)果現(xiàn)實(shí)在TR144和5220比例不變的情況下，POE含量為13%時共混材料的拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長率達(dá)到最強(qiáng)，說明POE在一定含量下對PE體系具有明顯的增韌作用。

表13 POE含量對于共混材料性能的影響

2.1.5 研究LLDPE 7042含量對于共混材料性能的影響

表14 LLDPE 7042含量對于共混材料性能的影響

2.1.6 探究5220G含量對共混材料性能的影響

5220G含量對共混材料性能的影響如表15所示，因?yàn)長LDPE 5220G的硬度低，制出來的防水片材較柔軟，實(shí)用性很大。表中數(shù)據(jù)表明，隨著5220G含量的提高，共混材料斷裂拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長率逐漸增大，但是撕裂強(qiáng)度不斷減小，需要添加一定比例的HDPE補(bǔ)強(qiáng)。

表15 5220G含量對共混材料性能的影響

2.1.7 EVA增韌體系中，EVA、TR144和5 220G對共混材料性能的影響

對比EVA-5和EVA-2，在含量11%以上時，EVA含量增加，共混物拉伸性能和撕裂強(qiáng)度是降低的。對比EVA-5和EVA-4，由于有EVA的增韌作用，5220G含量的增加使得共混材料的拉伸性能和撕裂強(qiáng)度有所下降。TR144含量的增加使得共混材料拉伸性能和撕裂強(qiáng)度上升。

2.1.8 5220G含量對材料性能的影響

保持EVA配比不變，HDPE TR144和LLDPE 5220G配比對材料性能影響結(jié)果如表17。由表中可以看出，隨著5220G比 TR144配比的不斷增加，共混材料拉伸性能先減小后增大，撕裂強(qiáng)度和硬度逐漸減小，為了滿足防水片材的撕裂強(qiáng)度要求并且達(dá)到最大韌性，最后選取TR144/5220G/EVA配比為26/56/18。

表16 EVA、TR144和5220G對共混材料性能的影響

表17 5220G含量對材料性能的影響

2.1.9 7042含量對材料性能的影響

保持EVA配比不變，HDPE TR144和LLDPE 7042配比對材料性能影響結(jié)果如表18。由表中可以看出，隨著7042比 TR144配比的不斷增加，共混材料拉伸性能、撕裂強(qiáng)度和硬度逐漸減小，為了滿足防水片材柔軟度和保證其力學(xué)性能，建議7042含量在75%以下，最后選取TR144/5220G/EVA配比為16/66/18。

表18 7042含量對材料性能的影響

2.2 防水板材的性能分析

2.2.1 不透水性

POE-6、POE-26、POE-29、EVA-8、EVA-15防水性能測試結(jié)果如表19。按GB/T328.10規(guī)定的方法，0.3 MPa水壓下，24 h，每種材料的3個樣品都未出現(xiàn)滲漏現(xiàn)象，不透水性試驗(yàn)達(dá)標(biāo)。充分說明聚乙烯材料在防水片材方面的天然優(yōu)勢。

表19 不透水性實(shí)驗(yàn)

2.2.2 低溫彎折性測試

POE-6、POE-26、POE-29、EVA-8、EVA-15低溫彎折性測試結(jié)果如表20。

表20 低溫彎折測試

2.2.3 空氣熱老化測試

經(jīng)過一周(168 h)的80℃熱烘箱老化，如表21所示，片材的拉伸強(qiáng)度減少在10%以內(nèi)，斷裂伸長還有所提高，分析原因，可能是高溫下取向更加均勻的緣故。

表21 空氣熱老化測試

2.2.4 耐堿性測試

經(jīng)過一周(168 h)的CaOH溶液浸泡，片材的拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長率減少在20%以內(nèi)，符合國家標(biāo)準(zhǔn)。

3 總結(jié)

通過對不同配比不同種類的HDPE、LLDPE、POE(EVA)的力學(xué)性能，柔韌度研究發(fā)現(xiàn)，LLDPE優(yōu)異的性能和較好的柔軟度適合作為基體材料，在其基礎(chǔ)上共混HDPE和POE(EVA)進(jìn)行改性，以滿足國家標(biāo)準(zhǔn)對于防水片材的要求。在選擇HDPE上，使用7042效果明顯勝過5000S。對比共混材料和單個原料的拉伸性能可以看出，POE以及EVA的加入，對于材料有明顯的增韌作用，選擇POE合適配比為11%，選擇EVA合適配比為18%，選取POE-6、26、29和EVA-8、15進(jìn)行進(jìn)一步的研究。

通過對POE增韌PE體系、EVA增韌PE體系的共混改性研究，在經(jīng)過對大量改性配方的篩選，最終確定了性能較為優(yōu)異的配方POE-26(LLDPE7042/POE配比 89/11)、POE-29(HDPE TR144/LLDPE5220G /POE配比14.5/74.5/11)、EVA-8(TR144/5220G/EVAp配比26/56/1 8)、EVA-15(TR144/7042/EVAp 配比 16/66/18)。經(jīng)過不透水性測試，低溫彎折性測試，熱空氣老化，耐堿性試驗(yàn)，都達(dá)到并且超過了國家標(biāo)準(zhǔn)中的高要求部分。

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