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HDPE/PA共混阻隔材料的研究

作　者: 何彬
导　师: 李迎春
学　校: 中北大学
专　业: 材料学
关键词: HDPE PA11 PA6 阻隔性能形态结构流变行为结晶性
分类号: TQ325.12
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

高密度聚乙烯(HDPE)是一种来源广泛、价格低廉、综合性能良好的通用塑料。但由于它是非极性高聚物,溶解度参数与大多数烃类有机溶剂相近,因而耐有机溶剂的渗透性较差,而尼龙(PA)性能优异,耐油性好。通过HDPE与PA共混制备合金,不仅可以提高HDPE的耐有机溶剂的渗透性能,而且可改善HDPE的力学性能,从而有利于进一步拓宽HDPE的应用领域。但因二者极性的差异使相容性很差,需要加入相容剂改善其相容性。本论文以HDPE-g-MAH作为相容剂,制备了HDPE/PA/HDPE-g-MAH共混物。采用扫描电子显微镜(SEM)、毛细管流变仪、X射线衍射(WAXD)、差示扫描量热仪(DSC)和偏光显微镜(POM)等对HDPE/PA阻隔材料的力学性能、阻隔性能、形态结构、流变性能和结晶性能等方面进行了研究。同时,研究了HDPE/PA6、HDPE/PA11两种不同共混体系下, PA类型对HDPE/PA共混阻隔材料的影响。制备条件和力学性能研究结果表明,对HDPE/PA6共混体系,剪切速率须在92S-1左右,制样温度需控制在220℃左右,才能使改性组分PA在HDPE中分布的形态结构由液滴变成层状。在相容剂含量(HDPE-g-MAH/HDPE=5%)相同的条件下,随着PA含量的不断增加,拉伸强度、冲击强度都呈现出先增大后减小的趋势,在PA含量为15%时,拉伸强度、冲击强度到达最高点。在尼龙含量w(PA/HDPE)=5%相同的条件下,对PA6共混体系来说,相容剂含量在10%左右时,共混物的拉伸强度、冲击强度最高;而对PA11共混体系来说,相容剂含量在2%~5%之间时,共混物的拉伸强度、冲击强度最高。在PA含量对共混物阻隔性能的影响中,在相容剂用量为15%条件下, PA6用量为15%时,阻隔性较纯HDPE提高了2.58倍;PA11用量为10%时,阻隔性较纯HDPE提高了1.97倍。同时,在HDPE/HDPE-g-MAH/PA11=100/5/2时阻隔性能达到最好,此时从SEM观察可看出,PA以相互交叠的不连续的片层状结构分散于HDPE树脂中。通过对阻隔材料流变行为研究发现,HDPE/HDPE-g-MAH/PA阻隔材料为假塑性流体,表现出切力变稀的现象。随着相容剂的加入,HDPE/PA体系对剪切速率的敏感性增强;同时随相容剂含量的增加,HDPE/HDPE-g-MAH/PA11体系表观粘度呈下降趋势,相容剂含量为2%时,表观粘度最大;而HDPE/HDPE-g-MAH/PA6体系表观粘度总体上呈现出先上升后下降的趋势,相容剂含量为8%时,表观粘度最大。HDPE/PA阻隔材料的粘流活化能随着相容剂的加入整体上呈现下降的趋势,对温度的敏感性降低,因而加工过程中可选择的较宽的加工温度,易于成型加工。采用DSC研究了HDPE及HDPE/PA阻隔材料的非等温结晶熔融行为,研究结果发现,HDPE/PA的熔点和结晶温度与HDPE的相比有所升高;随着相容剂(HDPE-g-MAH)含量的增加,共混物熔融热焓先增加再减小,即相容剂含量为2%时,HDPE/PA6熔融共混物的放热焓最大,结晶度也达到最大值,这与阻隔性能最佳点相一致,说明HDPE/PA6共混体系结晶度越大,越有助于阻隔层的形成,更能有效的降低渗透率,提高阻隔性能。从PA6、PA11不同体系对比来看,基体HDPE中加入PA,都表现出HDPE、PA熔融峰相互靠近;以及在HDPE/HDPE-g-MAH/PA共混物中,PA熔融峰和结晶峰消失的现象出现,说明PA类型对HDPE/PA共混体系的影响是相同的。

全文目录

摘要  4-6
ABSTRACT  6-13
第一章绪论  13-27
  1.1 前言  13
  1.2 气体或溶剂蒸汽对高分子材料的渗透  13-17
    1.2.1 气体或溶剂蒸汽渗透分子特性对渗透性的影响  14
    1.2.2 高分子材料特性对渗透性的影响  14-16
    1.2.3 添加剂对渗透性的影响  16-17
  1.3 阻隔性聚烯烃材料的研究现状  17-22
    1.3.1 表面涂覆法  17-18
    1.3.2 表面化学处理法  18-19
      1.3.2.1 氟化处理法  18-19
      1.3.2.2 磺化/级磺化处理法  19
      1.3.2.3 等离子表面处理法  19
    1.3.3 多层复合  19-20
      1.3.3.1 多层干式复合  19-20
      1.3.3.2 多层共挤复合  20
    1.3.4 层状共混复合法  20-22
  1.4 共混物层状阻隔材料研究进展与现状  22-25
    1.4.1 国外研究现状  22-24
    1.4.2 国内研究情况  24-25
  1.5 本课题研究课题的提出和主要研究内容  25-27
    1.5.1 论文研究课题的提出  25
    1.5.2 本文的主要研究内容  25-27
第二章 HDPE/ PA阻隔材料的制备及力学性能研究  27-45
  2.1 前言  27
  2.2 实验部分  27-31
    2.2.1 实验原料  27-28
    2.2.2 实验设备  28-29
    2.2.3 工艺流程及实验配方  29-30
      2.2.3.1 HDPE/ PA 共混物制备的工艺流程  29
      2.2.3.2 HDPE/ PA 共混物制备的实验基本配方  29-30
    2.2.4 性能测试及表征  30-31
  2.3 结果分析与讨论  31-44
    2.3.1 阻隔性共混物体系制备条件的研究  31-35
      2.3.1.1 粘度匹配  31-33
      2.3.1.2 混合时间  33-34
      2.3.1.3 剪切速率  34-35
    2.3.2 HDPE/PA 共混体系相容性研究  35-38
      2.3.2.1 PA 与HDPE-g-MAH 反应物的红外光谱分析  36-37
      2.3.2.2 共混物的界面形态  37-38
    2.3.3 HDPE/PA 共混合金力学性能分析  38-44
      2.3.3.1 PA 用量对共混体系力学性能的影响  38-40
      2.3.3.2 相容剂对共混体系力学性能的影响  40-44
  2.4 本章小结  44-45
第三章 HDPE/ PA阻隔材料的阻隔性能研究  45-57
  3.1 前言  45
  3.2 实验部分  45-46
    3.2.1 实验原料及仪器  45
    3.2.2 性能测试及表征  45-46
  3.3 结果分析与讨论  46-55
    3.3.1 PA 用量对阻隔性能的影响  46-48
    3.3.2 相容剂含量对阻隔性能的影响  48-53
      3.3.2.1 吸油值测定法对共混合金体系阻隔性的研究  49-50
      3.3.2.2 渗透率测定法对共混合金体系阻隔性的研究  50-53
    3.3.3 HDPE/PA阻隔材料形态结构分析  53-55
  3.4 本章小结  55-57
第四章 HDPE/ PA阻隔材料流变行为研究  57-75
  4.1 前言  57
  4.2 实验部分  57-59
    4.2.1 实验原料及仪器  57-58
    4.2.2 实验工艺条件  58
    4.2.3 数据处理  58-59
  4.3 结果分析与讨论  59-73
    4.3.1 HDPE/ PA 阻隔材料流变性能  59-68
      4.3.1.1 实验数据  59-63
      4.3.1.2 HDPE/ PA 阻隔材料的流变曲线  63-65
      4.3.1.3 HDPE/ PA 阻隔材料的表观粘度与剪切速率的关系  65-68
    4.3.2 HDPE/ PA 阻隔材料的非牛顿指数(n)  68-70
      4.3.2.1 HDPE/ PA11 阻隔材料的非牛顿指数  68-69
      4.3.2.2 HDPE/ PA6 阻隔材料的非牛顿指数  69-70
    4.3.3 HDPE/PA 阻隔材料熔体粘流活化能(?Eγw )  70-73
      4.3.3.1 HDPE/PA11 共混物熔体的粘流活化能  70-71
      4.3.3.2 HDPE/PA6 共混物熔体的粘流活化能  71-73
  4.4 本章小结  73-75
第五章 HDPE / PA阻隔材料的结晶及熔融行为的研究  75-92
  5.1 前言  75
  5.2 HDPE/PA 阻隔材料的测试  75-76
    5.2.1 广角X 射线衍射(WAXD)测定  75
    5.2.2 偏光显微镜(POM)观察  75-76
    5.2.3 熔融结晶行为  76
  5.3 结果与讨论  76-90
    5.3.1 DSC 法研究HDPE/PA 共混体系  76-82
      5.3.1.1 HDPE/PA11 共混材料的DSC 图谱分析  76-77
      5.3.1.2 HDPE/PA6 共混材料的DSC 图谱分析  77-82
    5.3.2 WAXD 法研究HDPE/PA 共混体系  82-89
      5.3.2.1 HDPE/PA11 共混材料的WAXD 研究  82-83
      5.3.2.2 HDPE/PA6 共混材料的WAXD 研究  83-84
      5.3.2.3 PA 类型对HDPE/ PA 共混阻隔材料的影响  84-89
    5.3.3 偏光显微镜法研究HDPE/PA 共混体系  89-90
  5.4 本章小结  90-92
第六章全文总结  92-93
特色与创新  93-94
需要进一步完善的工作  94-95
参考文献  95-102
攻读硕士学位期间发表及待发表论文  102-103
致谢  103

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