论文部分内容阅读
高密度聚乙烯(HDPE)由于其优良的拉伸强度和阻隔性能广泛用于包装薄膜，但在包装带有尖锐突出部位的物品时，其耐穿刺性方面存在着不足。超高分子量聚乙烯(UHMWPE)具有优异的冲击强度，能同时提高HDPE薄膜的冲击强度和拉伸强度。在熔融共混制备HDPE/UHMWPE共混物吹塑薄膜时发现，共混薄膜表面存在不完全塑化的UHMWPE晶点颗粒。为了解决共混薄膜的晶点问题，本论文利用改变螺杆结构、配方和加工工艺等方法制备HDPE/UHMWPE共混物及其吹塑薄膜，利用DSC、XRD、SEM分析比较了在不同加工条件下制备共混物的力学性能、流变性能、结晶行为以及UHMWPE在共混物和薄膜中的分散形态。
首先采用特殊螺纹块组合的双螺杆挤出机直接共混法制备。HDPE/UHMWPE共混物，考察UHMWPE用量和螺杆结构对共混物及其薄膜的力学性能、流变性能、结晶行为的影响。UHMWPE在低于20％(全文均为质量百分数)时能提高HDPE薄膜的力学性能，用量超过20％后共混薄膜拉伸和撕裂强度由于不熔融UHMWPE晶点存在呈下降趋势。UHMWPE的加入引起共混物加工扭矩增大。特殊双螺杆挤出机的螺杆结构和转速影响HDPE/UHMWPE共混物的力学性能，当螺杆转速为150rpm、螺纹块组合2时可提高共混物的力学性能，增加UHMWPE的分散性。差示扫描量热仪(DSC)发现特殊双螺杆挤出机制备的共混物熔融峰为单峰，且降低升降温速率并不分峰，表明共混物存在共结晶；薄膜表面的晶点平均数目虽有所降低，但随着UHMWPE用量的增加，晶点直径增大，表明单纯借助于螺杆结构的改变并不能解决晶点问题。中等分子量聚乙烯(MMWPE)作为流动改性剂加入到共混物中，利用一步加工法制备HDPE/UHMWPE共混物及其吹塑薄膜。当MMWPE用量超过5％时共混薄膜的力学性能呈下降趋势，低于5％时MMWPE对薄膜表面上晶点改善效果不明显；DSC、X射线衍射(XRD)数据和扫描电子显微镜(SEM)显示，MMWPE虽能在一定程度上增加UHMWPE的塑化程度，促进两相的共结晶，增加UHMWPE的分散性，但不能同时兼顾薄膜的力学性能和表观形态。
两步加工法制备共混物，即第一步将UHMWPE用流动改性剂MMWPE进行共混改性，第二步改性后UHMWPE再和HDPE进行共混挤出。当第一步改性UHMWPE中UHMWPE/MMWPE配比为60/40时，改性UHMWPE的缺口冲击强度和拉伸强度均下降13％左右；第二步共混物中UHMWPE用量为20％时(MMWPE用量为13.3％)，两步加工法制备共混物吹塑薄膜的拉伸强度、撕裂强度和落镖冲击强度分别比相同配方的一步加工法制备的共混薄膜提高20％、12％和18％，比纯HDPE薄膜分别提高45％、21％和53％。两步加工法制备共混吹塑薄膜上不完全塑化的UHMWPE晶点的平均直径和数目比其他加工方法共混吹塑薄膜明显减少。XRD、光学显微镜、SEM观察发现，两步加工法制备共混物中UHMWPE熔融程度和分散性提高，共结晶程度增大，断面形貌表现为韧性断裂。两步加工法制备共混物的熔融扭矩比相同配方的一步加工法制备共混物下降50％左右。两步加工法制备共混物的表观粘度在低剪切速率区比其他两种共混物明显下降。两步加工法使共混物的储能模量、损耗模量下降，表明两步加工法制备共混物的弹性下降，UHMWPE分子链缠结程度降低；而第一步UHMWPE中MMWPE用量增加时，共混物的储能模量、损耗模量下降。两步加工法制备的共混物比一步加工法和直接共混法DSC曲线中结晶度变大、结晶峰尖锐，表明两相之间共结晶程度增大：XRD曲线中110和200晶面上衍射峰强度增加，微晶尺寸逐渐增大；偏光显微镜观察结晶形态，发现两步加工法制备共混物中部分熔融UHMWPE结晶粒子直径变小。这些结果表明两步加工法使UHMWPE熔融程度增大，共混物的结晶完善程度增加，两相形成的共结晶程度增大。
弹性体POE和无机填料碳酸钙复合使HDPE/UHMWPE/POE/CaCO<,3>(80/20/10/5)共混薄膜比两步加工法制备HDPE/UHMWPE(80/20)共混物吹塑薄膜的落镖冲击强度提高38％，拉伸和撕裂强度也有所增大，而对其他性能影响不大。DSC研究发现，弹性体POE加强非晶区的缠结，使HDPE/POE共混物结晶度下降，而碳酸钙则起到成核剂的作用，因此两者复合后加入HDPER/UHMWPE共混物中制备薄膜的结晶区晶粒增多，而晶粒尺寸变小。振动力场对一步加工法制备共混物的降粘作用显著，对其他两种共混物表观粘度影响较小。振动力场中一步加工法制备共混吹塑薄膜的力学性能比稳态时提高，当MMWPE质量为5％时，薄膜的拉伸强度比稳态时提高19％。DSC数据表明，振动力场下制备的共混物比稳态时的共混物的结晶度增加，熔融结晶峰尖锐，表明UHMWPE取向度增加，共混物结晶更为完善。