硅烷交联聚乙烯及其纳米蒙脱土改性研究.pdf

西北工业大学
硕士学位论文
硅烷交联聚乙烯及其纳米蒙脱土改性研究
姓名:何庆龙
申请学位级别:硕士
专业:材料加工工程
指导教师:张广成
20030101
冠『」匕」二山气习刁子【匕岁立士仑忆
摘要
本文选择不同种类聚乙烯作为基体树脂,过氧化二异丙苯作为引
发剂,乙烯基三乙氧基硅烷作为接枝单体,二月桂酸二丁基锡
作为催化剂,在双螺杆挤出机中进行了二步法硅烷交联聚乙烯的研究。讨论了
种类、和含量以及交联温度、时间、螺杆转速等工艺条件对交联料
的性能影响规律,研制出了综合性能优异的硅烷交联聚乙烯产品,并实际用于
铝塑复合热水管中。
在此基础上,比较系统地研究了纳米蒙脱土对硅烷交联聚乙烯的
改性。探讨了母料法、直接共混法和溶液法三种的分散方法,采用透
射电子显微镜、扫描电子显微镜和射线衍射等手段表征了
在聚合物中的分散、插层状态,采用差示钾描量热法研究了
对结晶行为的影响,研究了蒙脱土含量对硅烷接枝聚乙烯的性能影
响。结果表明采用聚乙烯接枝马来酸配作为载体树脂,先在双螺杆
挤出机中制备纳米蒙脱土母料,再与硅烷接枝聚乙烯共混挤出制备硅烷接枝聚
乙烯蒙脱土纳米复合材料是一种可行的方法,能够实现分子链向蒙脱土的
层间插层,并使接枝料的热稳定性、屈服强度、屈服模量提高,但使接枝料的
断裂延伸率和交联料的交联度下降。当含量为质量百分比
之间,硅烷接枝聚乙烯蒙脱土复合材料的综合性能较好。
关键词硅烷交联聚乙烯
纳米蒙脱土
插层
复合材料
耳」匕口二匕二气习斑二州二七二弋恤界


















如
登建匕二夕理盯勺二立亏仑
侣岁
前『刁
聚乙烯是一种用途广泛的通用树脂,因其产量大、来源丰富、价格低廉、
加工方便等优点而被广泛应用于各种塑料制品。但其非极性、大分子柔性高和
高结晶性导致聚乙烯与其它聚合物的粘附力低、相容性差,耐热性、耐环境应
力开裂性、耐侯性、耐油性和抗蠕变性等难以满足一些应用领域的要求,因此,
有必要对聚乙烯进行改性。
目前,主要采用接枝、交联、增强、填充、合金化等手段对聚乙烯进行改
性研究。其中,交联改性就是将聚乙烯分子链由线性转变为网状交联结娜是
化学改性中商业应用最广,也是最成功的方法之一。交联改性可采用过氧化物
交联法、辐射交联法和硅烷交联法三种方法。硅烷交联法方法简单,工艺控制
容易,设备投资小,产品性能良好。聚乙烯经硅烷交联后,其耐热性能和耐化
学品性能得到提高也可以提高其耐蠕变性、耐环境应力开裂性和粘接性等。
硅烷交联聚乙烯在电线电缆、热水管、热收缩套管等方面的应用日益广泛。
随着技术发展,硅烷交联法改性聚乙烯渐渐显示出了一些落后,某些性能
难以满足市场的要求,如在建筑用给水管方面,硅烷交联聚乙烯的力学性能和
耐热性方面略显不足。因此有必要对材料进行改性,进一步提高产品的耐热性
和力学性能,使耐压性指标不断提高。但由于聚乙烯在交联以后的韧性己有所
下降,普通的填充材料难以使硅烷交联聚乙烯的韧性、刚性、耐热性、良好的
加工性等同时得到高性能化的满足纳米材料的出现有望使这一问题得到解决。
选用纳米蒙脱土对硅烷交联聚乙烯进行改性,进一步提高其耐热性和力学
性能。选择纳米粘土,一方面是因为价格比较便宜,另一方面粘土经过处理后
能在聚合物中进行剥离,与聚合物产生较好的亲和力,从而改善硅烷交联聚乙
烯的力学性能和耐热性。研究的主要目的是使纳米材料能用于硅烷交联聚乙烯
中,提高该材料的力学性能和耐热性,从而在铝塑复合管中提高管材的耐压性
和耐热性。
叮北口二七大斑」,滩长立士仑二走第一方, 万弋月泥止故绝
第一章文献综述
、硅烷交联聚乙烯及其应用
引言
通常,聚乙烯为线性或支链型高分子聚合物,由于大分子无极性、大分子
链的柔顺性好、分子间作用力小,造成聚乙烯的耐热性差、力学性能低、耐磨
性不佳、易燃烧和应力开裂、抗蠕变性不好以及难以粘接、共混等缺点,为此
人们采取接枝、交联、增强、填充、合金化等一系列手段对聚乙烯进行改性研
究。交联改性就是将聚乙烯分子链由线性转变为网状交联结构的改性,交联改
性可采用过氧化物法、辐射法和硅烷法三种方法,。
过氧化物交联法是将聚乙烯、过氧化物引发剂及其它助剂混合均匀后加入
挤出机内,控制挤出机的温度高于聚烯烃的熔融温度而低于过氧化物的分解温
度,使物料在螺杆中熔融挤出,然后通过控制口模的温度,使熔料在此段内达
到交联温度且在不丧失流动性的条件下成型为一定形状并挤出。
辐