HDPESEBS纳米碳酸钙共混改性的研究
HDPESEBS纳米碳酸钙共混改性的研究[20200412225751]
摘要
以HDPE为基体，SEBS作为增韧添加剂，纳米碳酸钙作为增强添加剂，通过注射、造粒等将其按照比例熔融共混制作了样条和颗粒。经过拉伸实验、弯曲实验、缺口冲击实验、硬度实验、熔融指数测定、TGA测定后，结果表明，SEBS 的添加使共混物的拉伸强度、拉伸模量、弯曲强度以及弯曲模量都有所下降，然而抗冲击能力加强，熔融指数有一定上升。通过TGA测试数据，分析得到随纳米碳酸钙含量的增加对热稳定性影响微弱。
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关键字:HDPESEBS纳米碳酸钙共混
目录
1．前言 1
1.1熔融共混 1
1.2HDPE 1
1.2.1 HDPE简介 1
1.2.2 HDPE合成工艺 2
1.2.3HDPE改性 2
1.2.4 HDPE的应用 3
1.3纳米碳酸钙 3
1.3.1纳米碳酸钙简介 3
1.3.2纳米碳酸钙的制备 4
1.3.3纳米碳酸钙增韧增强HDPE 4
1.3.4纳米碳酸钙的应用 5
1.3.5硅烷偶联剂 5
1.4SEBS 5
1.4.1SEBS简介 5
1.4.2SEBS的性能 6
1.4.3弹性体增韧塑料机理 6
1.4.4SEBS的应用 6
1.5设计思想和基本内容 7
2.实验部分 8
2.1实验原料 8
2.2实验设备 8
2.3实验流程 8
2.4物料共混 9
2.5注射成型 10
2.5.1注塑机原理 10
2.5.2成型前准备 10
2.5.3注射 10
2.5.4停止注射 11
2.6拉伸强度和模量测定 11
2.7弯曲强度和模量的测定 11
2.8冲击强度的测定 12
2.9熔融指数的测定 12
2.10TGA的测定 13
3.结果与讨论 14
3.1拉伸强度 14
3.2拉伸模量 16
3.3弯曲强度 17
3.4弯曲模量 18
3.5熔融指数 20
3.6冲击强度 21
3.7硬度 22
3.8TGA 23
4. 结论 28
参考文献 29
致谢 30
1．前言
1.1熔融共混
可将目前得知的聚乙烯改性材料制备方法分为五大类，其中其他的聚合方法因工艺条件复杂没法大规模的普及。共混法就是最实用、最简单的方法了。各大院校、研究机构都能很方便的用此种方法来制备和研究聚乙烯改性材料。两种或两种以上组分（共聚物或均聚物）通过物理结合共混产生的混合物叫做聚合物共混物。因此聚合物共混物与共聚高分子是有区别的，但是聚合物共混物中也难免有少量化学键存在于大分子之间。
提到共混就不得不提相容性。和热力学中代表相互溶解的相溶性不同，相容性的判据是能否使共混体系拥有比较均匀和稳定的形态结构。所以即使共混体系内部热力学不相溶，但是在外界条件下（剧烈的机械搅拌）实现了强制的良好的分散混合，得到的聚合物共混物稳定且力学性能优良，就可说这个聚合物共混物相容性良好。
为了本课题中的HDPE-SEBS-纳米碳酸钙熔融共混相容性的良好，必须解决的问题是纳米无机粒子（纳米碳酸钙）的分散问题。第一个解决的是纳米碳酸钙表面极性与聚乙烯非尽性之间的相容问题。同时，我们知道纳米粒子的粒径较小，使它的表面能相对较大，因此粒子之间容易发生团聚，影响其在和HDPE共混时均匀的分散，导致最后生产出来的复合材料性能变差。综合这两点这里我们一般使用表面活性剂（硅烷类偶联剂、有机硅、硬脂酸等）包覆粒子表面，从而消除纳米粒子（纳米碳酸钙）的表面电荷，提高纳米粒子（纳米碳酸钙）与有机相（HDPE）的亲和力，使纳米粒子（纳米碳酸钙）与高聚物的界面结合力得以提升。从而才得以起到增韧枝的作用。在混合方法上，包过有高速混合、湿研磨以及超声波震荡分散处理，运用的最多是高速混合，超声波震荡分散处理效果好但是工艺麻烦。[1]
1.2HDPE
1.2.1 HDPE简介
聚乙烯（PE）是各种塑料中产量最高的，生产方式也是多种多样。不同的工艺路线和条件可以制得不同分子结构、不同分子量、不同密度、不同结晶度的聚乙烯。各自相应的物理性能也不同。乙烯是石油产品，来源丰富，相对于其他的塑料价格上也很有优势。同时其易加工，吸水性小，电气性能也很优秀，更可贵的是其在低温下依然具有不错的性能。因此其在日用品、家用电器、包装。建筑、汽车等方面得到广泛的应用。
在PE“家族”中高密度聚乙烯HDPE是通过一定的生产工艺和条件得到的一种结晶度高的非极性的热塑性树脂。原态表面呈现为乳白色，无毒、无味、无臭。熔点在130摄氏度左右，最低使用温度可达到-100摄氏度左右。因此这样的耐热性和耐寒性使其在大多数情况下可以满足人们对它刚性和韧性的需求。同时HDPE不吸湿使其能运用在包装用途，良好的电绝缘性使其在电线电缆上也能得到良好的发挥，更可贵是它不被大多数生活和工业化学品腐蚀。
1.2.2 HDPE合成工艺
现在我们生产HDPE一般都是浆液聚合、气相聚合和溶液聚合法三种方法中的一个。其中浆液聚合法工艺成熟，生产的HDPE具有良好的力学性能，且在注射成型、薄膜、电线电缆、管道吹塑成型等领域均有广泛的用途。但是此方法工艺流程比较繁琐，比其它的生产工艺多了回收溶剂的步骤，而且会产生一些副产物（低聚物蜡）。溶液聚合法同样有工艺流程长的问题，前期需要投资大且生产出的产品并没有明显的优势，所以基本不会出现在规模化生产中。在通讯电缆和高强度薄膜方面气相聚合法生产的HDPE还是有其独到之处，适合投资者选择。从市场反应就能看出，目前发展最为良好的是用淤浆法的生产装置，大约占70%的市场份额。
1.2.3HDPE改性
在其众多优点背后也有很多不能忽略的缺陷：首先是强度不够，绝对强度还是无法达到金属材料那个等级的；其次其耐热老化性和耐大气老化性都比较差；对环境应力很敏感。同时PE属于非极性材料，抗静电性、粘接性、亲水性、染色性差是非极性材料的通病，这也导致PE与无机填料的相容性较差。这些使PE的应用受到很大程度的制约，其性能的提高迫在眉睫。只有对其做出进一步的改性才能使其具有其他特殊的用途。聚乙烯改性通常又分为化学改性和物理改性两大类。[1,2]
化学改性包括共聚改性、交联改性、接枝改性三个方面，它就是通过共聚、接枝等方法将其它功能基团和链节接到分子链中，或是通过交联剂交联，由此使PE具有优良的耐热性和抗老化性以及更高的抗冲击性。
物理改性大致可分为三大类：共混改性、填充改性和增强改性。主要是混合、混炼HDPE与有机组分、无机组分、或树脂、橡胶、热塑性弹性体一类的聚合物，最终得到共混物或复合材料。共混改性对于PE来说是指用其它与橡胶、树脂或热塑性弹性体等共混，以此改善PE的抗冲击性、韧性、对油类阻隔性等性能。最典型的几种有高、低密度PE之间的共混、PE与CPE之间的共混、PE与mPE之间的共混、PE与PP之间的共混、PE与EVA之间的共混、PE与橡胶之间的共混等等。填充改性则是将无机粒子加入到PE之中，可以降低成本。这势必带来一些性能的下降，但合理的搭配也能使某些性能显著提升。填料一般以颗粒的形式存在，填料的优劣直接影响到改性的效果的好坏。大部分的填料都是天然或合成的无机材料，它们都是属于极性材料。在非极性材料PE中分散性很差，因此必须对填料的表面进行处理，使两者的相容性更好。增强改性是填充改性中的一种，仅仅只具有增强的效果。一般以合成纤维、玻璃纤维、晶须等作为填料。
1.2.4 HDPE的应用
摘要
以HDPE为基体，SEBS作为增韧添加剂，纳米碳酸钙作为增强添加剂，通过注射、造粒等将其按照比例熔融共混制作了样条和颗粒。经过拉伸实验、弯曲实验、缺口冲击实验、硬度实验、熔融指数测定、TGA测定后，结果表明，SEBS 的添加使共混物的拉伸强度、拉伸模量、弯曲强度以及弯曲模量都有所下降，然而抗冲击能力加强，熔融指数有一定上升。通过TGA测试数据，分析得到随纳米碳酸钙含量的增加对热稳定性影响微弱。
*查看完整论文请 +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
关键字:HDPESEBS纳米碳酸钙共混
目录
1．前言 1
1.1熔融共混 1
1.2HDPE 1
1.2.1 HDPE简介 1
1.2.2 HDPE合成工艺 2
1.2.3HDPE改性 2
1.2.4 HDPE的应用 3
1.3纳米碳酸钙 3
1.3.1纳米碳酸钙简介 3
1.3.2纳米碳酸钙的制备 4
1.3.3纳米碳酸钙增韧增强HDPE 4
1.3.4纳米碳酸钙的应用 5
1.3.5硅烷偶联剂 5
1.4SEBS 5
1.4.1SEBS简介 5
1.4.2SEBS的性能 6
1.4.3弹性体增韧塑料机理 6
1.4.4SEBS的应用 6
1.5设计思想和基本内容 7
2.实验部分 8
2.1实验原料 8
2.2实验设备 8
2.3实验流程 8
2.4物料共混 9
2.5注射成型 10
2.5.1注塑机原理 10
2.5.2成型前准备 10
2.5.3注射 10
2.5.4停止注射 11
2.6拉伸强度和模量测定 11
2.7弯曲强度和模量的测定 11
2.8冲击强度的测定 12
2.9熔融指数的测定 12
2.10TGA的测定 13
3.结果与讨论 14
3.1拉伸强度 14
3.2拉伸模量 16
3.3弯曲强度 17
3.4弯曲模量 18
3.5熔融指数 20
3.6冲击强度 21
3.7硬度 22
3.8TGA 23
4. 结论 28
参考文献 29
致谢 30
1．前言
1.1熔融共混
可将目前得知的聚乙烯改性材料制备方法分为五大类，其中其他的聚合方法因工艺条件复杂没法大规模的普及。共混法就是最实用、最简单的方法了。各大院校、研究机构都能很方便的用此种方法来制备和研究聚乙烯改性材料。两种或两种以上组分（共聚物或均聚物）通过物理结合共混产生的混合物叫做聚合物共混物。因此聚合物共混物与共聚高分子是有区别的，但是聚合物共混物中也难免有少量化学键存在于大分子之间。
提到共混就不得不提相容性。和热力学中代表相互溶解的相溶性不同，相容性的判据是能否使共混体系拥有比较均匀和稳定的形态结构。所以即使共混体系内部热力学不相溶，但是在外界条件下（剧烈的机械搅拌）实现了强制的良好的分散混合，得到的聚合物共混物稳定且力学性能优良，就可说这个聚合物共混物相容性良好。
为了本课题中的HDPE-SEBS-纳米碳酸钙熔融共混相容性的良好，必须解决的问题是纳米无机粒子（纳米碳酸钙）的分散问题。第一个解决的是纳米碳酸钙表面极性与聚乙烯非尽性之间的相容问题。同时，我们知道纳米粒子的粒径较小，使它的表面能相对较大，因此粒子之间容易发生团聚，影响其在和HDPE共混时均匀的分散，导致最后生产出来的复合材料性能变差。综合这两点这里我们一般使用表面活性剂（硅烷类偶联剂、有机硅、硬脂酸等）包覆粒子表面，从而消除纳米粒子（纳米碳酸钙）的表面电荷，提高纳米粒子（纳米碳酸钙）与有机相（HDPE）的亲和力，使纳米粒子（纳米碳酸钙）与高聚物的界面结合力得以提升。从而才得以起到增韧枝的作用。在混合方法上，包过有高速混合、湿研磨以及超声波震荡分散处理，运用的最多是高速混合，超声波震荡分散处理效果好但是工艺麻烦。[1]
1.2HDPE
1.2.1 HDPE简介
聚乙烯（PE）是各种塑料中产量最高的，生产方式也是多种多样。不同的工艺路线和条件可以制得不同分子结构、不同分子量、不同密度、不同结晶度的聚乙烯。各自相应的物理性能也不同。乙烯是石油产品，来源丰富，相对于其他的塑料价格上也很有优势。同时其易加工，吸水性小，电气性能也很优秀，更可贵的是其在低温下依然具有不错的性能。因此其在日用品、家用电器、包装。建筑、汽车等方面得到广泛的应用。
在PE“家族”中高密度聚乙烯HDPE是通过一定的生产工艺和条件得到的一种结晶度高的非极性的热塑性树脂。原态表面呈现为乳白色，无毒、无味、无臭。熔点在130摄氏度左右，最低使用温度可达到-100摄氏度左右。因此这样的耐热性和耐寒性使其在大多数情况下可以满足人们对它刚性和韧性的需求。同时HDPE不吸湿使其能运用在包装用途，良好的电绝缘性使其在电线电缆上也能得到良好的发挥，更可贵是它不被大多数生活和工业化学品腐蚀。
1.2.2 HDPE合成工艺
现在我们生产HDPE一般都是浆液聚合、气相聚合和溶液聚合法三种方法中的一个。其中浆液聚合法工艺成熟，生产的HDPE具有良好的力学性能，且在注射成型、薄膜、电线电缆、管道吹塑成型等领域均有广泛的用途。但是此方法工艺流程比较繁琐，比其它的生产工艺多了回收溶剂的步骤，而且会产生一些副产物（低聚物蜡）。溶液聚合法同样有工艺流程长的问题，前期需要投资大且生产出的产品并没有明显的优势，所以基本不会出现在规模化生产中。在通讯电缆和高强度薄膜方面气相聚合法生产的HDPE还是有其独到之处，适合投资者选择。从市场反应就能看出，目前发展最为良好的是用淤浆法的生产装置，大约占70%的市场份额。
1.2.3HDPE改性
在其众多优点背后也有很多不能忽略的缺陷：首先是强度不够，绝对强度还是无法达到金属材料那个等级的；其次其耐热老化性和耐大气老化性都比较差；对环境应力很敏感。同时PE属于非极性材料，抗静电性、粘接性、亲水性、染色性差是非极性材料的通病，这也导致PE与无机填料的相容性较差。这些使PE的应用受到很大程度的制约，其性能的提高迫在眉睫。只有对其做出进一步的改性才能使其具有其他特殊的用途。聚乙烯改性通常又分为化学改性和物理改性两大类。[1,2]
化学改性包括共聚改性、交联改性、接枝改性三个方面，它就是通过共聚、接枝等方法将其它功能基团和链节接到分子链中，或是通过交联剂交联，由此使PE具有优良的耐热性和抗老化性以及更高的抗冲击性。
物理改性大致可分为三大类：共混改性、填充改性和增强改性。主要是混合、混炼HDPE与有机组分、无机组分、或树脂、橡胶、热塑性弹性体一类的聚合物，最终得到共混物或复合材料。共混改性对于PE来说是指用其它与橡胶、树脂或热塑性弹性体等共混，以此改善PE的抗冲击性、韧性、对油类阻隔性等性能。最典型的几种有高、低密度PE之间的共混、PE与CPE之间的共混、PE与mPE之间的共混、PE与PP之间的共混、PE与EVA之间的共混、PE与橡胶之间的共混等等。填充改性则是将无机粒子加入到PE之中，可以降低成本。这势必带来一些性能的下降，但合理的搭配也能使某些性能显著提升。填料一般以颗粒的形式存在，填料的优劣直接影响到改性的效果的好坏。大部分的填料都是天然或合成的无机材料，它们都是属于极性材料。在非极性材料PE中分散性很差，因此必须对填料的表面进行处理，使两者的相容性更好。增强改性是填充改性中的一种，仅仅只具有增强的效果。一般以合成纤维、玻璃纤维、晶须等作为填料。
1.2.4 HDPE的应用
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