谈改性HDPE复合材料物理力学性能

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摘要：改性hdpe复合材料是一种新型的高分子材料，在建筑工程项目、汽车行业、航空航天领域都有广泛的应用。该材料具有良好的物理力学性能，能够满足现代机械制造工业的要求，达到节能减排的效果。改性HDPE复合材料的具体物理力学性能受到制备技术的影响，通过对改性HDPE复合材料的制备工艺技术展开探索，对比不同含量HDPE下复合材料的不同物理力学性能，旨在找到一种高效率、高性能的改性HDPE复合材料。

关键词：改性HDPE复合材料；物理性质；力学性能

近年来，构建能源节约型、生态环保型社会已经势在必行，在传统粗放式经济形势下，各行业形成的传统生产方式、生产原料明显不再适应时展的要求，在绿色环保发展理念的影响下，引入新型材料、新型工艺技术至关重要。改性高密度聚乙烯（HighDensityPolyethylene，HDPE）复合材料作为一种新型的工艺材料，具有良好的物理力学性能，因而得到广泛的应用。本试验通过对改性HDPE复合材料物理力学性能的探讨，旨在全面提升社会对其的科学认知水平，为改性HDPE复合材料的优化应用奠定良好的基础。

1改性HDPE复合材料的应用意义

HDPE具有耐湿性、介电性以及化学稳定性等良好的加工性能，在各行业的应用中，通过添加填充料使其满足原料需求。但是，在HDPE复合材料的加工应用过程中，发现其存在机械性能差、老化程度严重以及表面硬度低等缺陷，严重制约了HDPE复合材料的规模化、市场化应用，因此，展开HDPE复合材料的改性研究意义重大。根据高分子材料的生产制备工艺原理可知，可以通过填充填料的方式，展开高密度聚乙烯材料的改性制备，而填充的杂料不同获得的力学性能等是不同的。如当前有学者指出，可以采用熔融共混法制备乙二胺公价功能化改性高密度聚乙烯复合材料[1]，由此增强了HDPE复合材料的耐热稳定性能。在制备试验结果中也可以发现，采用不同质量配比的杂料填充，形成的改性HDPE复合材料的物理力学性能差异较大。在绿色环保发展理念下，无论采用何种改性工艺技术，其本质在于需要采用绿色环保的填充材料，且制备出来的改性HDPE复合材料必须能够满足当前市场发展的需求。如制备出来的改性石膏晶须HDPE复合材料具有较高的物理力学性能，可以被应用到航天航空、汽车等领域中，提升行业领域的生产效率。因此，在众多的HDPE复合材料制备研究中，本试验主要展开对石膏晶须HDPE复合材料的改性制备研究，具体如下所示。

2HDPE复合材料的改性处理方案

2.1HDPE复合材料的改性试验准备

（1）原料。在本试验中需要HDPE、磷石膏晶须材料、硅烷偶联剂（KH550）。（2）原料处理。试验需要的原料需要进行改性处理，通过设置对照组试验的方式，展开对改性HDPE复合材料的物理力学性能的分析。HDPE复合材料的改性制备处理需要对磷石膏晶须与硅烷偶联剂按比例（95∶5）进行混合，共混的温度达到120℃，时间控制为20min，制备成改性的HDPE复合材料试样40份[2]，未改性的磷石膏晶须试样40份以及单一HDPE试样220份。HDPE复合材料的配方如表1所示。

2.2HDPE复合材料的改性试验测试设置好改性

HDPE复合材料的试验参数之后，展开对3份试样的物理力学性能的测试分析。（1）力学性能测试。复合材料的力学性能主要根据GB/T889—2015的冲击性能标准，采用摆锤式冲击试验机设备进行捶打试验，对测试后的复合材料的拉伸强度、弯曲强度强度进行测试。其中，拉伸强度参照GB/T1040.2—2006DE标准展开测试分析，弯曲强度性能参照GB/T9314—2008标准展开测试分析。（2）湿度表征测试。HDPE本身具有较高的耐湿性，这一物理特征使其拥有较强的介电性，因此，在改性后的HDPE复合材料的物理力学性能测试中，需要对其润湿角表征进行测试，当前主要采用压片测试的方式，可利用接触角测量仪（DSA25）展开润湿角测量。（3）差示扫描量热仪（DifferentialScanningCalorimeter，DSC）表征的测量。DSC是对改性后的HDPE复合材料的吸热和放热速率的测量，是高聚物在加工制造过程中受热产生变形情况的主要参数指标。试验主要是通过试样切片的方式，将10mg左右的样品放置在铝坩锅中，按照GB/T19466.1—2004质量标准，对其进行测试。测试后得到的时间、温度按照计算公式得出。当温度为100℃时，改性HDPE复合材料的熔融热焓值为287.3J/g。（4）扫描电镜（ScanningElectronMicroscope，SEM）表征测试。SEM表征测试主要为了测试改性HDPE复合材料的材料表面的形貌、成分、晶体取向、电磁特征等信息[3-4]。试验主要将改性后的HDPE复合材料试样放置在液氮中冷却3h以上，取出试样后迅速进行冲断，对断口表面进行扫描观察，得出SEM相关参数指标。

3改性HDPE复合材料的物理力学性能研究

3.1改性HDPE复合材料的力学性能分析

经过试验数据收集和分析可知，改性磷石膏晶须对于HDPE复合材料的力学性能的综合影响如图1所示。（1）抗冲击强度的分析。从图1可以发现，改性后的HDPE复合材料的抗冲击强度可以达到44.33kJ/m2，而纯HDPE复合材料的冲击强度只有33.71kJ/m2，前者的抗冲击强度增加了10.62kJ/m2。后者在经过加工之后的抗冲击强度更小，无法满足汽车生产的实际需求。若是直接应用磷石膏晶须HDPE复合材料，则实际应用效率较低，只有经过改性技术处理之后，才能够确保HDPE复合材料的力学抗冲击强度得到较大幅度的提升，满足实际生产需求。（2）拉伸强度的分析。主要是指材料在加工和应用中所能承受的最大均匀的塑性变形的抗力，抗拉伸强度越大，材料的断裂抗力越小，可塑性越高，使用寿命越长。根据图1可知，常规的HDPE复合材料的抗拉伸强度为23.95MPa，而改性后的磷石膏晶须的抗拉伸强度可以达到25.54MPa，未改性的磷石膏晶须的抗拉伸强度达到25.87MPa。磷石膏晶须HDPE复合材料的抗拉伸强度较纯HDPE复合材料高1.95MPa以上，改性或是未改性对磷石膏晶须的HDPE复合材料的抗拉伸强度的变化和影响不大[5]。（3）抗弯曲强度的分析。主要是指复合材料在接受外力作用时表现出来的各种状态。抗弯曲强度越大，材料所能承受的外力作用越大，在生产应用中的适用范围也越大。在改性HDPE复合材料的抗弯曲强度的测试中可以发现，纯HDPE复合材料的弯曲强度为378.34MPa，而增容后的磷石膏晶须的HDPE复合材料的抗弯曲强度呈现出近40%的增速，达到529.67MPa，即便是改性处理后的磷石膏晶须HDPE复合材料的抗弯曲强度也提升了94.59MPa左右。整体上来看，改性HDPE复合材料的抗拉伸强度变化不大，而抗弯曲强度和抗冲击强度有向好的发展趋势。

3.2改性HDPE复合材料的其他物理性质分析

（1）润湿角的分析。通过试验发现，未改性之前的磷石膏晶须HDPE复合材料的润湿效果较高，亲水性强，而改性之后其润湿角的润湿面积变小，复合材料表面的自由能降低，有效地减少了材料内部粉体间粒子的团聚情况，由此起到提高抗冲击强度的作用。（2）DSC和SEM的分析。改性后的HDPE复合材料的结晶峰温朝着低温方向移动的趋势，其熔点从133℃下降至131℃左右，结晶能力变差，复合材料的链柔性提高，分子结构更加松散，在遇到外力冲击时，表面出更高的韧性。通过对复合材料断面的低倍微观结构的观察可知，改性后的复合材料的内部的晶须团聚较多、分散性较差，因此，容易在外力作用下出现断裂、而改性后的复合材料的内部结构呈现出均匀分散、晶须团聚小等情况，在外力作用下，能够发挥明显的补强作用。改性HDPE复合材料的物理力学性能呈现出更加优质的水平。

4结语

普通的HDPE复合材料虽然具有质量轻、化学性质好，且在常温下不溶于一般溶剂的优点，但也存在韧性和刚度不高的情况，无法满足特殊领域中对高分子材料的应用要求，大大地影响社会各层面的发展。改性HDPE复合材料正是通过使用增溶剂等方式制备新的高密度聚乙烯复合材料，经过制备工艺优化改性之后的HDPE复合材料在物理力学性能方面展现出更多的优势，如改性HDPE复合材料的冲击强度、拉伸强度和弯曲强度都比未改性之前提高很多。

[参考文献]

[1]郭玺，曹金珍，陈玉.聚乙二醇改性相变微胶囊制备MicroPCMs-WF/HDPE复合材料物理力学性能[J].复合材料学报，2016，33（12）：2725-2731.

[2]孙妍，尤立行，郁辰，等.木粉/废旧橡胶粉/HDPE三元复合材料热压法制备工艺[J].林业工程学报，2017，2（3）：38-43.

[3]孙妍，陈玲，徐信武，等.木粉/废旧橡胶粉/HDPE三元复合材料的微孔结构及拉伸性能[J].东北林业大学学报，2016，44（2）：65-69，74.

[4]江李贝，马猛，施燕琴，等.乙烯-丙烯酸共聚物原位接枝木粉及其对HDPE/木粉复合材料性能影响研究[J].塑料工业，2018，46（5）：102-106.

[5]杨守禄，罗莎，章磊，等.木塑复合材料功能化改性研究进展[J].材料导报，2018，32（17）：3090-3098.

作者：胡克平 单位：淄博职业学院