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[摘 要]利用力学试验、衰减全反射红外光谱技术（ATR.FTIR）、热重分析法（TG）、差示扫描量热法（DSC）、凝胶渗透色谱（GPC）、扫描电子显微镜（SEM）比较研究了3种不同结晶度高密度聚乙烯（HDPE）的光氧老化特性.分析了结晶度对HDPE力学性能、化学结构、热稳定性、熔融特性、分子量和表 面微观形貌的影响规律。结果表明结晶度越高，HDPE弯曲强度、弯曲模量和冲击强度下降最明显：不饱和度增长越剧烈，支化作用和断链作用更明显，且区别主要集中于老化初期；羰基指数和羟基指数增长越快，热分解特征温度下降最明显，热稳定性下降更强烈，但熔融特征温度和氧化诱导温度下降更不明显，相对分子质量下降更强烈，表面破坏更严重，老化作用更剧烈。结晶度越高，HDPE缺陷也就越多，在热氧环境中越容易发生氧化，老化现象更严重。
[关键词]结晶度；高密度聚乙烯；光氧老化；降解；氧化；色谱
中图分类号：TQ325.12 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）39-0296-01
聚乙烯因其优 良的电性能、力学性能、耐化学性能和良好的加工特性，己广泛应用于制作薄膜、管材 、电线电缆、塑料制品、包装材料等日常生活和其他高精尖现代工程技术领域当中。但是在材料加工过程中往往会破坏聚乙烯的分子结构，导致聚乙烯分子结构本身会产生碳碳双键或者碳碳三键，更会存在支链，这些都将成为氧攻击分子结构的弱点，引起聚乙烯分子結构发生支化、断链、交联及氧化等微观现象，最终使材料宏观力学性能变差，外观变色、起泡等变化，所有的这些变化统称为聚乙烯的老化现象L5曲J。已有研究表明，影响聚乙烯老化性能的因素主要包括外因和内因，外因是指外界环境温度、湿度、辐照强度以及老化时间等，内因则是指聚乙烯本身的结晶度、分子量、支化度以及密度等特性。其中，结晶度作为聚乙烯的一种重要结构参数之一，它对聚乙烯材料的强度、硬度等力学性能以及耐化学性和耐热性能起着决定性的作用，不同结晶度聚乙烯在老化过程中的老化特性变化趋势也存在较大的差异，根据 目前的研究结论得知，结晶度越高，聚乙烯的强度、硬度性能越优异，耐热性也更好，但材料的抗冲击性能往往会变差J。
1 实验部分
1.1 原料与试样
3种结晶度分别为57%、67%和73%的不同高密度聚乙烯母料，形态为乳白色颗粒，购自苏州双舟塑化有限公司，依据GB/T1040.2—20O6和GB/T9341--2008通过注塑机（宁波海天塑机集团有限公司MA900/260）采用热塑工艺加工成弯曲和缺口冲击试样，主要经过射出、保压、冷却、储料、关模、开模和脱模7个工艺流程，其中注塑机一～五段温度分别为200℃、200℃、200℃、195℃、190 ℃；冷却阶段前冷却5s，后冷却10s。
1.2 试样人工老化条件
依据GJB150.7A一2009，在氙灯光老化试验箱（广州泰德仪器设备有限公司TsU，，v100）中进行人工加速老化试验，光源为风冷式氙弧灯XG3300，波长295～780nm，辐照强度为0.4W/m。暴露102rain，喷淋18min，2h为一个循环，黑板温度为（60士5）℃，相对湿度（70士5）%。取样周期分为8d、16d、24d、32d、40d、48d 、56d、64d共8个试验周期，每个周期平行取样5个。
1.3 测试与分析
1.3.1 弯曲性能和冲击性能测试
根据GB/T9341o08用万能试验机 （美国Instron 3365型）测试弯曲性能，弯曲试验参数：试样跨距64mm、弯曲挠度6mm、试验速度2mm/min。根据GB/T1843--2008用悬臂梁冲击试验机（广州科乘试验机有限公司XUY-5.5液晶式）测试冲击性能，摆锤lJ、摆锤扬角160。、摆锤力矩PL=0.5155N·m。弯曲性能和冲击性能测试时，每次平行样5个，取平均值。
2 结果与讨论
2.1 力学性能分析
图1为不同结晶度HDPE不同老化时间力学性能的变化。从弯曲强度变化可以看出，老化8d后，3种不同结晶度HDPE的弯曲强度均呈现不同程度的下降，其中73%结晶度HDPE下降最强烈。老化8～32d，57%和67%结 晶度HDPE弯曲强度表现出持续增大的趋势，这可能是由于在此老化期 间内HDPE的交联作用占主导，分子链 断链作用不明显，而73%结晶度HDPE弯曲强度持续下降。老化32～64d，57%～H67%结晶度HDPE弯曲强度又开始逐渐减小，至老化64d后，57%、67%～D73%结晶度HDPE弯曲强度分别由未老化时的16.7MPa、16.2MPa和18.1MPa下降至l3.6MPa、I5.1MPa和14.2MPa，分别下降了6.8%、18.2%和21.4%，下降幅度73%>67%>57%。从弯曲模量变化可以看出老化0～16d，3种不同结晶度HDPE变化趋势基本一致，均呈现相同程度的下降，老化中后期16--64d，57%和67%结晶度HDPE弯曲模量和弯曲强度变化趋势较为一致，均表现出增大的趋势，同样可能的原因是由于交联而造成的，而73%结晶度HDPE却始终保持着较快速率的下降特征，至老化64d后，57%、67%和73%结晶度HDPE弯曲模量保留率分别为94.5%、86.0%和 70.2%。
3 结论
（1）力学试验、ATR.FTIR结果表明：结晶度越高，HDPE弯曲强度、弯曲模量和冲击强度下降最明显，不饱和度增长越剧烈，支化作用和断链作用更明显，且区别主要集中于老化初期，羰基指数和羟基指数增长越快。老化64d后，不同结晶度HDPE的冲击强度均已丧失。
（2）TG、DSC结果表明：结晶度越高，HDPE热分解特征温度下降最明显，热稳定性下降更强烈，但熔融特征温度和氧化诱导温度下降更不明显，结晶度越高，光氧老化对HDPE的熔融特性和氧化安定性影响更小。
（3）GPC、SEM结果表明：结晶度越高，H D PE相对分子质量下降更强烈，表面破坏更严重，老化作用更剧烈。第3期代军等：结晶度对高密度聚乙烯光氧老化特性的影响
（4）HDPE的结晶度越高，则束缚在晶区边界彼此靠近的链段越多，同时由于晶区自由基向边界的迁移，使得这一区域的自由基浓度越高，HDPE中的缺 陷也就越多，在热氧环境中越容易发生氧化，老化现象更严重。
参考文献
[1] 刘如，曹金珍，彭尧.术粉组分对木塑复合材料性能的影响研究进展.化工进展，2014，32（8）：2072-208
[关键词]结晶度；高密度聚乙烯；光氧老化；降解；氧化；色谱
中图分类号：TQ325.12 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）39-0296-01
聚乙烯因其优 良的电性能、力学性能、耐化学性能和良好的加工特性，己广泛应用于制作薄膜、管材 、电线电缆、塑料制品、包装材料等日常生活和其他高精尖现代工程技术领域当中。但是在材料加工过程中往往会破坏聚乙烯的分子结构，导致聚乙烯分子结构本身会产生碳碳双键或者碳碳三键，更会存在支链，这些都将成为氧攻击分子结构的弱点，引起聚乙烯分子結构发生支化、断链、交联及氧化等微观现象，最终使材料宏观力学性能变差，外观变色、起泡等变化，所有的这些变化统称为聚乙烯的老化现象L5曲J。已有研究表明，影响聚乙烯老化性能的因素主要包括外因和内因，外因是指外界环境温度、湿度、辐照强度以及老化时间等，内因则是指聚乙烯本身的结晶度、分子量、支化度以及密度等特性。其中，结晶度作为聚乙烯的一种重要结构参数之一，它对聚乙烯材料的强度、硬度等力学性能以及耐化学性和耐热性能起着决定性的作用，不同结晶度聚乙烯在老化过程中的老化特性变化趋势也存在较大的差异，根据 目前的研究结论得知，结晶度越高，聚乙烯的强度、硬度性能越优异，耐热性也更好，但材料的抗冲击性能往往会变差J。
1 实验部分
1.1 原料与试样
3种结晶度分别为57%、67%和73%的不同高密度聚乙烯母料，形态为乳白色颗粒，购自苏州双舟塑化有限公司，依据GB/T1040.2—20O6和GB/T9341--2008通过注塑机（宁波海天塑机集团有限公司MA900/260）采用热塑工艺加工成弯曲和缺口冲击试样，主要经过射出、保压、冷却、储料、关模、开模和脱模7个工艺流程，其中注塑机一～五段温度分别为200℃、200℃、200℃、195℃、190 ℃；冷却阶段前冷却5s，后冷却10s。
1.2 试样人工老化条件
依据GJB150.7A一2009，在氙灯光老化试验箱（广州泰德仪器设备有限公司TsU，，v100）中进行人工加速老化试验，光源为风冷式氙弧灯XG3300，波长295～780nm，辐照强度为0.4W/m。暴露102rain，喷淋18min，2h为一个循环，黑板温度为（60士5）℃，相对湿度（70士5）%。取样周期分为8d、16d、24d、32d、40d、48d 、56d、64d共8个试验周期，每个周期平行取样5个。
1.3 测试与分析
1.3.1 弯曲性能和冲击性能测试
根据GB/T9341o08用万能试验机 （美国Instron 3365型）测试弯曲性能，弯曲试验参数：试样跨距64mm、弯曲挠度6mm、试验速度2mm/min。根据GB/T1843--2008用悬臂梁冲击试验机（广州科乘试验机有限公司XUY-5.5液晶式）测试冲击性能，摆锤lJ、摆锤扬角160。、摆锤力矩PL=0.5155N·m。弯曲性能和冲击性能测试时，每次平行样5个，取平均值。
2 结果与讨论
2.1 力学性能分析
图1为不同结晶度HDPE不同老化时间力学性能的变化。从弯曲强度变化可以看出，老化8d后，3种不同结晶度HDPE的弯曲强度均呈现不同程度的下降，其中73%结晶度HDPE下降最强烈。老化8～32d，57%和67%结 晶度HDPE弯曲强度表现出持续增大的趋势，这可能是由于在此老化期 间内HDPE的交联作用占主导，分子链 断链作用不明显，而73%结晶度HDPE弯曲强度持续下降。老化32～64d，57%～H67%结晶度HDPE弯曲强度又开始逐渐减小，至老化64d后，57%、67%～D73%结晶度HDPE弯曲强度分别由未老化时的16.7MPa、16.2MPa和18.1MPa下降至l3.6MPa、I5.1MPa和14.2MPa，分别下降了6.8%、18.2%和21.4%，下降幅度73%>67%>57%。从弯曲模量变化可以看出老化0～16d，3种不同结晶度HDPE变化趋势基本一致，均呈现相同程度的下降，老化中后期16--64d，57%和67%结晶度HDPE弯曲模量和弯曲强度变化趋势较为一致，均表现出增大的趋势，同样可能的原因是由于交联而造成的，而73%结晶度HDPE却始终保持着较快速率的下降特征，至老化64d后，57%、67%和73%结晶度HDPE弯曲模量保留率分别为94.5%、86.0%和 70.2%。
3 结论
（1）力学试验、ATR.FTIR结果表明：结晶度越高，HDPE弯曲强度、弯曲模量和冲击强度下降最明显，不饱和度增长越剧烈，支化作用和断链作用更明显，且区别主要集中于老化初期，羰基指数和羟基指数增长越快。老化64d后，不同结晶度HDPE的冲击强度均已丧失。
（2）TG、DSC结果表明：结晶度越高，HDPE热分解特征温度下降最明显，热稳定性下降更强烈，但熔融特征温度和氧化诱导温度下降更不明显，结晶度越高，光氧老化对HDPE的熔融特性和氧化安定性影响更小。
（3）GPC、SEM结果表明：结晶度越高，H D PE相对分子质量下降更强烈，表面破坏更严重，老化作用更剧烈。第3期代军等：结晶度对高密度聚乙烯光氧老化特性的影响
（4）HDPE的结晶度越高，则束缚在晶区边界彼此靠近的链段越多，同时由于晶区自由基向边界的迁移，使得这一区域的自由基浓度越高，HDPE中的缺 陷也就越多，在热氧环境中越容易发生氧化，老化现象更严重。
参考文献
[1] 刘如，曹金珍，彭尧.术粉组分对木塑复合材料性能的影响研究进展.化工进展，2014，32（8）：2072-208