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交联聚乙烯具有优异的耐热蠕变性、耐化学腐蚀性、耐环境应力开裂性及机械性能等,可用于滚塑成型工业,制备化学品储罐、燃料箱、油罐等制品。国内滚塑用原材料主要是线性低密度聚乙烯,由于其大分子为线性结构,其耐热蠕变性、耐溶胀性能等不及交联聚乙烯。国内滚塑用交联聚乙烯材料及成型工艺几乎空白,加快开发交联聚乙烯滚塑技术以及材料是我国滚塑界的当务之急。基于此,北京低碳清洁能源研究所开发了高性能可熔融加工的滚塑用交联聚乙烯,并进行市场化推广和应用。本文主要研究了两种商业化牌号滚塑用交联聚乙烯的结构与性能、成型方法以及成型工艺对滚塑制品性能、微观结构的影响,探讨了交联聚乙烯滚塑制品结构与性能的关系,以期能够指导国产化高性能滚塑用交联聚乙烯的成型加工和应用,并推动滚塑用交联聚乙烯新材料的开发。研究工作取得的主要结论如下: (1)通过对比进口滚塑用交联料(进口料)以及低碳所商业化的滚塑交联料(国产料)的微观结构、交联动力学、结晶以及物料机械性能,发现相对于进口料,国产料交联过程中交联反应活化能以及起始交联反应温度更高,具有更好的加工和滚塑成型安全性;国产料的半交联时间更短,有利于减少滚塑加工时间,提高滚塑成型的效率;国产料的交联度高于进口料,交联网络结构更完善;相对于进口料,国产料具有更好的物理机械性能;国产料在加工成型以及物理机械性能方面均明显优于进口料,更适合应用于滚塑中。 (2)通过成型方法对交联聚乙烯的微观结构以及性能的影响研究,发现交联聚乙烯模压成型样品在不同厚度梯度交联度与结晶特性等均没有明显差异;交联聚乙烯滚塑成型制品由于成型过程中无压单向加热等特点,滚塑制品内壁与除内壁以外的其他厚度梯度样品(本体部分)微观结构具有明显差异,相对于本体部分,内壁样品凝胶含量较低,结晶度较高;交联聚乙烯滚塑制品内壁微观结构是影响其低温冲击性能的关键因素。 (3)交联聚乙烯滚塑成型过程中,滚塑制品内壁微观结构是影响其-40℃冲击性能的关键因素。当加热时间较短时,内壁样品交联反应程度较低,内壁结晶度较大,内壁易引发缺口的产生,导致样品的脆性破坏;当加热时间较长时,内壁样品交联反应程度提高,内壁结晶度降低,内壁韧性提高,冲击过程中不易引发缺口产生,样品破坏为韧性破坏。交联聚乙烯滚塑成型过程中,为了使样品内壁充分交联以便获得优异的低温冲击强度,内壁空气温度应高于225℃。