談改性HDPE復合材料物理力學性能

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摘要：改性hdpe復合材料是一種新型的高分子材料，在建筑工程項目、汽車行業(yè)、航空航天領域都有廣泛的應用。該材料具有良好的物理力學性能，能夠滿足現代機械制造工業(yè)的要求，達到節(jié)能減排的效果。改性HDPE復合材料的具體物理力學性能受到制備技術的影響，通過對改性HDPE復合材料的制備工藝技術展開探索，對比不同含量HDPE下復合材料的不同物理力學性能，旨在找到一種高效率、高性能的改性HDPE復合材料。

關鍵詞：改性HDPE復合材料；物理性質；力學性能

近年來，構建能源節(jié)約型、生態(tài)環(huán)保型社會已經勢在必行，在傳統(tǒng)粗放式經濟形勢下，各行業(yè)形成的傳統(tǒng)生產方式、生產原料明顯不再適應時展的要求，在綠色環(huán)保發(fā)展理念的影響下，引入新型材料、新型工藝技術至關重要。改性高密度聚乙烯（HighDensityPolyethylene，HDPE）復合材料作為一種新型的工藝材料，具有良好的物理力學性能，因而得到廣泛的應用。本試驗通過對改性HDPE復合材料物理力學性能的探討，旨在全面提升社會對其的科學認知水平，為改性HDPE復合材料的優(yōu)化應用奠定良好的基礎。

1改性HDPE復合材料的應用意義

HDPE具有耐濕性、介電性以及化學穩(wěn)定性等良好的加工性能，在各行業(yè)的應用中，通過添加填充料使其滿足原料需求。但是，在HDPE復合材料的加工應用過程中，發(fā)現其存在機械性能差、老化程度嚴重以及表面硬度低等缺陷，嚴重制約了HDPE復合材料的規(guī)模化、市場化應用，因此，展開HDPE復合材料的改性研究意義重大。根據高分子材料的生產制備工藝原理可知，可以通過填充填料的方式，展開高密度聚乙烯材料的改性制備，而填充的雜料不同獲得的力學性能等是不同的。如當前有學者指出，可以采用熔融共混法制備乙二胺公價功能化改性高密度聚乙烯復合材料[1]，由此增強了HDPE復合材料的耐熱穩(wěn)定性能。在制備試驗結果中也可以發(fā)現，采用不同質量配比的雜料填充，形成的改性HDPE復合材料的物理力學性能差異較大。在綠色環(huán)保發(fā)展理念下，無論采用何種改性工藝技術，其本質在于需要采用綠色環(huán)保的填充材料，且制備出來的改性HDPE復合材料必須能夠滿足當前市場發(fā)展的需求。如制備出來的改性石膏晶須HDPE復合材料具有較高的物理力學性能，可以被應用到航天航空、汽車等領域中，提升行業(yè)領域的生產效率。因此，在眾多的HDPE復合材料制備研究中，本試驗主要展開對石膏晶須HDPE復合材料的改性制備研究，具體如下所示。

2HDPE復合材料的改性處理方案

2.1HDPE復合材料的改性試驗準備

（1）原料。在本試驗中需要HDPE、磷石膏晶須材料、硅烷偶聯劑（KH550）。（2）原料處理。試驗需要的原料需要進行改性處理，通過設置對照組試驗的方式，展開對改性HDPE復合材料的物理力學性能的分析。HDPE復合材料的改性制備處理需要對磷石膏晶須與硅烷偶聯劑按比例（95∶5）進行混合，共混的溫度達到120℃，時間控制為20min，制備成改性的HDPE復合材料試樣40份[2]，未改性的磷石膏晶須試樣40份以及單一HDPE試樣220份。HDPE復合材料的配方如表1所示。

2.2HDPE復合材料的改性試驗測試設置好改性

HDPE復合材料的試驗參數之后，展開對3份試樣的物理力學性能的測試分析。（1）力學性能測試。復合材料的力學性能主要根據GB/T889—2015的沖擊性能標準，采用擺錘式沖擊試驗機設備進行捶打試驗，對測試后的復合材料的拉伸強度、彎曲強度強度進行測試。其中，拉伸強度參照GB/T1040.2—2006DE標準展開測試分析，彎曲強度性能參照GB/T9314—2008標準展開測試分析。（2）濕度表征測試。HDPE本身具有較高的耐濕性，這一物理特征使其擁有較強的介電性，因此，在改性后的HDPE復合材料的物理力學性能測試中，需要對其潤濕角表征進行測試，當前主要采用壓片測試的方式，可利用接觸角測量儀（DSA25）展開潤濕角測量。（3）差示掃描量熱儀（DifferentialScanningCalorimeter，DSC）表征的測量。DSC是對改性后的HDPE復合材料的吸熱和放熱速率的測量，是高聚物在加工制造過程中受熱產生變形情況的主要參數指標。試驗主要是通過試樣切片的方式，將10mg左右的樣品放置在鋁坩鍋中，按照GB/T19466.1—2004質量標準，對其進行測試。測試后得到的時間、溫度按照計算公式得出。當溫度為100℃時，改性HDPE復合材料的熔融熱焓值為287.3J/g。（4）掃描電鏡（ScanningElectronMicroscope，SEM）表征測試。SEM表征測試主要為了測試改性HDPE復合材料的材料表面的形貌、成分、晶體取向、電磁特征等信息[3-4]。試驗主要將改性后的HDPE復合材料試樣放置在液氮中冷卻3h以上，取出試樣后迅速進行沖斷，對斷口表面進行掃描觀察，得出SEM相關參數指標。

3改性HDPE復合材料的物理力學性能研究

3.1改性HDPE復合材料的力學性能分析

經過試驗數據收集和分析可知，改性磷石膏晶須對于HDPE復合材料的力學性能的綜合影響如圖1所示。（1）抗沖擊強度的分析。從圖1可以發(fā)現，改性后的HDPE復合材料的抗沖擊強度可以達到44.33kJ/m2，而純HDPE復合材料的沖擊強度只有33.71kJ/m2，前者的抗沖擊強度增加了10.62kJ/m2。后者在經過加工之后的抗沖擊強度更小，無法滿足汽車生產的實際需求。若是直接應用磷石膏晶須HDPE復合材料，則實際應用效率較低，只有經過改性技術處理之后，才能夠確保HDPE復合材料的力學抗沖擊強度得到較大幅度的提升，滿足實際生產需求。（2）拉伸強度的分析。主要是指材料在加工和應用中所能承受的最大均勻的塑性變形的抗力，抗拉伸強度越大，材料的斷裂抗力越小，可塑性越高，使用壽命越長。根據圖1可知，常規(guī)的HDPE復合材料的抗拉伸強度為23.95MPa，而改性后的磷石膏晶須的抗拉伸強度可以達到25.54MPa，未改性的磷石膏晶須的抗拉伸強度達到25.87MPa。磷石膏晶須HDPE復合材料的抗拉伸強度較純HDPE復合材料高1.95MPa以上，改性或是未改性對磷石膏晶須的HDPE復合材料的抗拉伸強度的變化和影響不大[5]。（3）抗彎曲強度的分析。主要是指復合材料在接受外力作用時表現出來的各種狀態(tài)。抗彎曲強度越大，材料所能承受的外力作用越大，在生產應用中的適用范圍也越大。在改性HDPE復合材料的抗彎曲強度的測試中可以發(fā)現，純HDPE復合材料的彎曲強度為378.34MPa，而增容后的磷石膏晶須的HDPE復合材料的抗彎曲強度呈現出近40%的增速，達到529.67MPa，即便是改性處理后的磷石膏晶須HDPE復合材料的抗彎曲強度也提升了94.59MPa左右。整體上來看，改性HDPE復合材料的抗拉伸強度變化不大，而抗彎曲強度和抗沖擊強度有向好的發(fā)展趨勢。

3.2改性HDPE復合材料的其他物理性質分析

（1）潤濕角的分析。通過試驗發(fā)現，未改性之前的磷石膏晶須HDPE復合材料的潤濕效果較高，親水性強，而改性之后其潤濕角的潤濕面積變小，復合材料表面的自由能降低，有效地減少了材料內部粉體間粒子的團聚情況，由此起到提高抗沖擊強度的作用。（2）DSC和SEM的分析。改性后的HDPE復合材料的結晶峰溫朝著低溫方向移動的趨勢，其熔點從133℃下降至131℃左右，結晶能力變差，復合材料的鏈柔性提高，分子結構更加松散，在遇到外力沖擊時，表面出更高的韌性。通過對復合材料斷面的低倍微觀結構的觀察可知，改性后的復合材料的內部的晶須團聚較多、分散性較差，因此，容易在外力作用下出現斷裂、而改性后的復合材料的內部結構呈現出均勻分散、晶須團聚小等情況，在外力作用下，能夠發(fā)揮明顯的補強作用。改性HDPE復合材料的物理力學性能呈現出更加優(yōu)質的水平。

4結語

普通的HDPE復合材料雖然具有質量輕、化學性質好，且在常溫下不溶于一般溶劑的優(yōu)點，但也存在韌性和剛度不高的情況，無法滿足特殊領域中對高分子材料的應用要求，大大地影響社會各層面的發(fā)展。改性HDPE復合材料正是通過使用增溶劑等方式制備新的高密度聚乙烯復合材料，經過制備工藝優(yōu)化改性之后的HDPE復合材料在物理力學性能方面展現出更多的優(yōu)勢，如改性HDPE復合材料的沖擊強度、拉伸強度和彎曲強度都比未改性之前提高很多。

[參考文獻]

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[4]江李貝，馬猛，施燕琴，等.乙烯-丙烯酸共聚物原位接枝木粉及其對HDPE/木粉復合材料性能影響研究[J].塑料工業(yè)，2018，46（5）：102-106.

[5]楊守祿，羅莎，章磊，等.木塑復合材料功能化改性研究進展[J].材料導報，2018，32（17）：3090-3098.

作者：胡克平 單位：淄博職業(yè)學院