環(huán)氧樹(shù)脂改性聚乙烯材料的研究

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1、熔融共混改性是提高高分子材料力學(xué)性能的一種有效方法［1］。一般地，加入玻璃纖維和無(wú)機(jī)填料可以使聚合物材料的力學(xué)性能得到增強(qiáng)［2］，另有研究表明，PVC中加入一定量的環(huán)氧樹(shù)脂，也可在一定程度上提高PVC的力學(xué)性能［3，4］。將功能化的環(huán)氧樹(shù)脂加入到PET中，可增加其熔體強(qiáng)度，從而使其更適于擠出制備PET發(fā)泡材料［5］。此外，有研究者通過(guò)動(dòng)態(tài)交聯(lián)的方法，使環(huán)氧樹(shù)脂均勻地分散到PP基體中，在一定程度上提高了PP的剛性和強(qiáng)度［6—8］，另有研究者對(duì)PP/碳纖維/環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)與性能進(jìn)行了研究［9，10］。除PP外，聚烯烴中的另一個(gè)重要品種PE的應(yīng)用日益廣

2、泛，但其力學(xué)強(qiáng)度較低，限制了它在工程材料方面的應(yīng)用。許多研究者對(duì)PE的改性進(jìn)行了研究［11］，而PE材料的力學(xué)性能很大程度上依賴于分子結(jié)構(gòu)和形態(tài)結(jié)構(gòu)［12，13］，因此對(duì)PE進(jìn)行增強(qiáng)改性時(shí)可從這方面入手，所制得的增強(qiáng)材料適用于制作電子、汽車等領(lǐng)域?qū)Σ牧蟿傆捕纫筝^高的結(jié)構(gòu)零件。本研究先后將馬來(lái)酸酐和環(huán)氧樹(shù)脂引入到PE中，通過(guò)熔融共混制備環(huán)氧樹(shù)脂增強(qiáng)聚乙烯材料，并使環(huán)氧樹(shù)脂和馬來(lái)酸酐接枝PE發(fā)生官能團(tuán)之間的反應(yīng)，以期促進(jìn)環(huán)氧樹(shù)脂對(duì)PE的增強(qiáng)效果。????1·實(shí)驗(yàn)部分????1．1主要原料????HDPE(MH602):上海石化公司，熔體指數(shù)為6．0?g/1

3、0?min(190℃，21．6?kg);環(huán)氧樹(shù)脂(E-44):巴陵石化公司，環(huán)氧當(dāng)量為210～250?g/eq，環(huán)氧值為0．40～0．47?eg/100?g，揮發(fā)份含量小于1．0%;聚酰胺固化劑(LM-650):鎮(zhèn)江丹寶聚合物公司，分子量為600～1?100，胺值為200±20;馬來(lái)酸酐(MAH):廣東西隴化工公司;過(guò)氧化二異丙苯(DCP):國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑廠。????1．2主要設(shè)備????雙螺桿擠出機(jī)，SJSH-30，南京橡塑機(jī)械廠;雙輥機(jī):XSK-160，杭州蘇橋佳邁機(jī)械設(shè)備有限公司;平板硫化機(jī):KY6003，江都市開(kāi)源試驗(yàn)機(jī)械廠;沖擊實(shí)驗(yàn)機(jī):XJJ

4、-5，河北承德實(shí)驗(yàn)機(jī)公司;電子拉力實(shí)驗(yàn)機(jī):RGD-5，深圳瑞格爾儀器有限公司;紅外光譜儀:Spectrum?One，美國(guó)PE公司;掃描電鏡儀:JSM-6360LV，JEOL公司。????1．3樣品制備????將PE，MAH，DCP和其它助劑按一定比例混合均勻，在雙螺桿擠出機(jī)上將PE熔融接枝制成PE-g-MAH［14］。將PE-g-MAH(或PE)在雙輥機(jī)上塑化，再加入一定比例的環(huán)氧樹(shù)脂和聚酰胺固化劑的混合物，在雙輥機(jī)上混煉均勻，前后輥溫度分別為120℃和150℃。將制得的環(huán)氧樹(shù)脂增強(qiáng)聚乙烯材料在平板硫化機(jī)上熱壓成片。????1．4測(cè)試與表征????力學(xué)性

5、能測(cè)試:拉伸試驗(yàn)按GB/T1040-90進(jìn)行;彎曲試驗(yàn)按GB/T9341-88進(jìn)行;沖擊試驗(yàn)按GB1043-93進(jìn)行。????紅外光譜分析:將PE-g-MAH熱壓成膜，在膜上涂一層環(huán)氧樹(shù)脂和聚酰胺固化劑的混合物，待其固化后進(jìn)行紅外光譜儀測(cè)試，并與環(huán)氧樹(shù)脂增強(qiáng)聚乙烯膜的紅外光譜圖進(jìn)行對(duì)比分析。????掃描電鏡觀測(cè):將樣品在液氮中深冷后的脆斷面真空鍍金，用掃描電鏡觀察斷面的形貌。????2·結(jié)果與討論????2．1力學(xué)性能????表1為純聚乙烯和環(huán)氧樹(shù)脂增強(qiáng)聚乙烯(PE/EP)的準(zhǔn)靜態(tài)力學(xué)性能。從表1可見(jiàn)，當(dāng)EP含量為5%時(shí)，與未接枝化處理的純PE直接與EP

6、和固化劑共混的產(chǎn)品(2號(hào)樣品)相比，接枝化處理的PE所制得的PE/EP材料(3號(hào)樣品)力學(xué)性能較好，尤其是具有較好的斷裂伸長(zhǎng)率和沖擊強(qiáng)度。這表明PE的接枝化處理能提高共混材料的力學(xué)性能，這與馬來(lái)酸酐接枝對(duì)共混物的增容作用，即PE的接枝化處理促進(jìn)了PE與EP的相容性有關(guān)［15］。????????????????從表1可見(jiàn)，接枝化處理的PE所制得的PE/EP材料中(3，4，5，6號(hào)樣品)，隨著環(huán)氧樹(shù)脂含量增加，PE/EP材料的彎曲強(qiáng)度逐漸增大，這表明環(huán)氧樹(shù)脂的加入使PE的剛度得到了提高，這與環(huán)氧樹(shù)脂本身的剛硬特性有關(guān)。從表1可見(jiàn)，隨著環(huán)氧樹(shù)脂含量增加，PE/

7、EP材料的的拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率先增加后降低，這可能是由于少量的環(huán)氧樹(shù)脂在PE/EP體系中發(fā)生了交聯(lián)、固化的化學(xué)反應(yīng)，從而增加了共混材料的抗拉強(qiáng)度，而環(huán)氧樹(shù)脂含量過(guò)多時(shí)，可能使得體系內(nèi)部變得不均勻。從表1可見(jiàn)，環(huán)氧樹(shù)脂增強(qiáng)聚乙烯的沖擊強(qiáng)度略低于純PE(1號(hào)樣品)，這可能與環(huán)氧樹(shù)脂本身的脆性有關(guān)。從表1總體來(lái)看，環(huán)氧樹(shù)脂含量在10%左右時(shí)，PE/EP材料的力學(xué)性能較好，尤其是彎曲強(qiáng)度比純PE高出60%左右，表明PE/EP材料具有良好的剛硬度。????2．2紅外光譜分析????為探討環(huán)氧樹(shù)脂與PE-g-MAH之間的化學(xué)反應(yīng)，我們對(duì)表面涂有聚酰胺固化的環(huán)氧樹(shù)脂

8、涂層的PE-g-MAH膜(樣品A)進(jìn)行了紅外光譜分析，并與環(huán)氧樹(shù)脂增強(qiáng)聚乙烯膜(