拉伸取向对聚乙烯及其共混物力学和老化性能的影响研究

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拉伸取向聚乙烯已被广泛应用于土工合成材料、自增强材料等领域。聚乙烯在拉伸取向后拉伸强度、模量及冲击韧性大幅度提高,然而,取向度对拉伸聚乙烯及其共混物力学性能的影响研究报道较少,对拉伸聚乙烯及其共混物老化性能的影响尚未见报道。本文通过拉伸取向法与熔体共混法制备了取向聚乙烯(PE)和取向PE/乙烯—乙酸乙烯酯(EVA)共混物,研究了取向度对取向PE和取向PE/EVA共混物的力学、低温冲击性能的影响,并对两种材料进行热氧老化和紫外加速老化实验。采用动态机械热分析(DMA)和扫描电镜(SEM)研究了取向材料的力学松弛行为和增韧机理;用广角X—射线衍射(WAXD)分析了材料结晶度的变化;用红外光谱(FTIR)和SEM分析了取向材料老化前后化学结构的变化和冲击断面形貌的变化。单向取向PE力学性能测试结果显示,拉伸强度和冲击强度随着取向度的增加呈现出先降低后增加的趋势,断裂伸长率则不断下降,表明适当的取向度可以较明显地提高聚乙烯的力学强度,并且降低材料在使用过程中的变形率。低取向度对聚乙烯的低温冲击性能影响较小,而高取向度则可以明显地提高聚乙烯的低温冲击强度。WAXD结果显示拉伸取向使结晶衍射峰明显增强,结晶度也提高。DMA分析表明,拉伸取向后试样的储能模量明显增大,PE的玻璃化转变温度随取向度提高而上升;tanδ—T曲线图中有明显的γ和α松弛转变峰,取向结构可导致γ松弛峰强度减弱,宽度加大。SEM分析发现,与未取向PE相比,取向PE冲击断面不仅更加粗糙,并且产生较严重的拉丝,形成了复杂的网状结构对PE的冲击韧性有很好的提高。 PE/EVA共混体系力学性能测试结果表示,EVA的加入量为10 wt%时,共混体系的拉伸强度、冲击强度及断裂伸长率都取得最大值。取向PE/EVA共混体系力学性能测试结果显示,拉伸强度和冲击强度随着取向度的增加而增加,断裂伸长率不断下降。高取向度对共混体系的低温冲击性能有较明显提高。SEM分析发现取向后的共混体系断面呈现立体网状结构,并在裂纹损伤区内引起强烈的空洞化损伤,呈现明显的韧性断裂面,这一微观损伤机制的变化会消耗更多的能量,从而提高共混材料的韧性。通过热氧老化和紫外加速老化实验对取向PE的老化性能进行了评价。结果表明,在老化过程中,与未取向PE相比,取向PE显示了更高的拉伸强度、断裂伸长率和冲击强度保留率,表明拉伸取向能赋予PE较好的抗热氧和抗紫外老化能力。FTIR结果表明,紫外老化后,与未取向PE相比,取向PE在1720cm-1、3300cm-1等附近出现的老化吸收峰很微弱,表明取向从很大程度上抑制了PE的紫外光老化,可能是由于单向拉伸后分子链在应力方向伸直,结晶度提高,可以阻挡外来氧的侵入,从而较好地改善聚乙烯的老化性能。SEM分析显示,PE老化后拉丝都已消失,表面有很多空孔和凹坑,表明PE老化后变脆。取向PE老化后断面表面仍然有微小拉丝存在,并且有块状翘起,增加了材料表面粗糙度,表明取向材料老化后的韧性高于未取向聚乙烯材料。
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