聚乙烯增韧改性研究

豆鹏飞

(长庆油田公司，陕西 榆林 718100)

随着国民经济的发展，国家进行大规模基础设施建设的背景下，性能优异，价格合理的聚乙烯防水片材必将拥有极为广阔的市场前景[1～3]。随着国家对防水片材新标准的制定，对聚乙烯防水片材的性能又有了新的要求，这就需要企业和科研单位迅速对做出反应，更新产品，提高产品性能。为了研制出符合国家相关标准，能达到洞库，隧道等复杂构造的防渗工程要求的柔性聚乙烯防水板材，在本次研究中，我们将分别探讨HDPE/LLDPE/POE和HDPE/LLDPE/EVA共混改性体系中不同牌号聚乙烯的配比以及POE(或EVA)混合比例对共混材料力学性能的影响（拉伸性能，撕裂强度），进而筛选出综合性能优异的配方，并尽可能对成本进行控制。最后对各配方不透水性，低温弯折性，热空气老化，碱溶液老化等性能进行测试，确保符合防水板材的使用标准。希望通过本次课题的研究，可以研制出综合性能优异的聚乙烯防水片材，为企业的生产提供新配方。

1 实验部分

1.1 实验原料与设备

1.1.1 实验原料

LLDPE 5220G，美国陶氏化学公司生产；HDPE TR144，茂名石化生产；LLDPE 7042，扬子石化生产；HDPE 5000S，扬子石化生产；POE 5061，美国美孚公司生产；EVA 150，美国杜邦公司生产。

1.1.2 实验设备

HAAKE RC9000型流变仪，德国哈克公司生产；HAAKE RHEOMIX 600型密炼机，德国哈克公司生产；HAAKE RHEOMEX CTW100型双螺杆挤出机，德国哈克公司生产；JM-B2003型电子天平，诸暨市超泽衡器设备有限公司生产；KY3201 型微型压片机，开研精密机械设备厂生产；GL6503型电子万能试验机（5 000 N）拉力机，武汉国量仪器厂生产；DTS-Ⅲ型电动防水卷材不透水仪，武汉市国量仪器厂生产；DWZ-120型低温弯折仪，天津市港源试验仪器厂生产；DW-40型低温试验箱，北京中科路建仪器设备有限公司生产；XQZ-Ⅰ型缺口制样机，承德市金建检测仪器有限公司生产；邵氏硬度计D型，上海陆用量具有限公司生产。

1.2 共混物的制备

1.2.1 原料配制

根据不同的测试目的，将不同原料按如下配比进行预先配制混合，其中配方表1～6为POE增韧体系，配方表7～9为EVA增韧体系。

表1 配方1

表2 配方2

表3 配方3

表4 配方4

表5 配方5

表6 配方6

表7 配方7

表8 配方8

表9 配方9

1.2.2 共混加工

将原料按上述配方表所列比例混合均匀，经HAAKE双螺杆挤出机挤出，螺杆3段温度和机头温度分别设为：180-200-200-190℃。螺杆转速设为50 r/min。将挤出的样条冷却后进行造粒[4～10]。

控制微型压片机温度为200℃，上升时间15 s，在5 MPa压力下预热3 min，中间排气40 s，排气间隔6 s，之后升到10 MPa压力后热压3 min，再低温(70℃以下)5 MPa保压2 min出模即得试片，压板用模具厚度为1 mm，压板后所得样片厚度约0.8 mm，具体厚度在测试中测定，放置24 h以上待后续测试 [11～15]。

2 结果与讨论

2.1 配方优化与筛选

2.1.1 测试配方中各组分对片材性能的贡献

在这一案例中，教师设计了看似“丰富”的教学活动，学生也确实都“动”起来了，但却缺少思维含量，这样的课堂留白不利于促进学生思考，反而会影响学生对正弦定理的理解，甚至造成数学观的扭曲，无疑是不恰当的．与其追求形式上的热闹，不如将宝贵的教学时间用于正弦定理的推导与证明，引导学生感悟其中所蕴含的化归等数学思想方法，理解正弦定理的本质，真正发挥课堂留白的作用．

测试结果如表10，相比较POE-2和POE-3以及POE-8和POE-9而言，在HDPE选择上，TR144拉伸强度和断裂伸长率要明显优于优于5000S。相比较POE-4和POE-5以及POE-6和POE-8而言，在LLDPE选择上，5220G拉伸强度和断裂伸长率要明显优于优于7042。因此选择两种性能较好的HDPE和LLDPE进行共混的话，选择HDPE TR144和LLDPE 5220G。因此配方表10以后的配方都是用这两种PE来共混改性。

表10 各组分对片材性能的贡献

2.1.2 研究POE与5220G的配比对材料性能的影响

保持TR144配比不变，研究POE与5220G的配比对材料性能的影响，结果如表11。由表11数据可以看出随着5220G比例的降低，共混材料的拉伸性能有所下降。说明5220G的加入对于共混材料的拉伸性能有提高作用。

表11 POE与5220G的配比对材料性能的影响

2.1.3 研究POE与TR144的配比对材料性能的影响

保持TR144配比不变，研究POE与TR144的配比对材料性能的影响，结果如表12。由表12数据可以看出随着TR144比例的降低，共混材料的拉伸性能和撕裂强度有所下降。说明TR144的加入对于共混材料的拉伸性能和撕裂强度有提高作用，也影响着共混材料的硬度。

表12 POE与TR144的配比对材料性能的影响

2.1.4 研究POE含量对于共混材料性能的影响

保持TR144和5220比例不变，研究POE的配比对材料性能的影响，结果如表13。结果现实在TR144和5220比例不变的情况下，POE含量为13%时共混材料的拉伸强度和断裂伸长率达到最强，说明POE在一定含量下对PE体系具有明显的增韧作用。

表13 POE含量对于共混材料性能的影响

2.1.5 研究LLDPE 7042含量对于共混材料性能的影响

表14 LLDPE 7042含量对于共混材料性能的影响

2.1.6 探究5220G含量对共混材料性能的影响

5220G含量对共混材料性能的影响如表15所示，因为LLDPE 5220G的硬度低，制出来的防水片材较柔软，实用性很大。表中数据表明，随着5220G含量的提高，共混材料断裂拉伸强度和断裂伸长率逐渐增大，但是撕裂强度不断减小，需要添加一定比例的HDPE补强。

表15 5220G含量对共混材料性能的影响

2.1.7 EVA增韧体系中，EVA、TR144和5 220G对共混材料性能的影响

对比EVA-5和EVA-2，在含量11%以上时，EVA含量增加，共混物拉伸性能和撕裂强度是降低的。对比EVA-5和EVA-4，由于有EVA的增韧作用，5220G含量的增加使得共混材料的拉伸性能和撕裂强度有所下降。TR144含量的增加使得共混材料拉伸性能和撕裂强度上升。

2.1.8 5220G含量对材料性能的影响

保持EVA配比不变，HDPE TR144和LLDPE 5220G配比对材料性能影响结果如表17。由表中可以看出，随着5220G比 TR144配比的不断增加，共混材料拉伸性能先减小后增大，撕裂强度和硬度逐渐减小，为了满足防水片材的撕裂强度要求并且达到最大韧性，最后选取TR144/5220G/EVA配比为26/56/18。

表16 EVA、TR144和5220G对共混材料性能的影响

表17 5220G含量对材料性能的影响

2.1.9 7042含量对材料性能的影响

保持EVA配比不变，HDPE TR144和LLDPE 7042配比对材料性能影响结果如表18。由表中可以看出，随着7042比 TR144配比的不断增加，共混材料拉伸性能、撕裂强度和硬度逐渐减小，为了满足防水片材柔软度和保证其力学性能，建议7042含量在75%以下，最后选取TR144/5220G/EVA配比为16/66/18。

表18 7042含量对材料性能的影响

2.2 防水板材的性能分析

2.2.1 不透水性

POE-6、POE-26、POE-29、EVA-8、EVA-15防水性能测试结果如表19。按GB/T328.10规定的方法，0.3 MPa水压下，24 h，每种材料的3个样品都未出现渗漏现象，不透水性试验达标。充分说明聚乙烯材料在防水片材方面的天然优势。

表19 不透水性实验

2.2.2 低温弯折性测试

POE-6、POE-26、POE-29、EVA-8、EVA-15低温弯折性测试结果如表20。

表20 低温弯折测试

2.2.3 空气热老化测试

经过一周(168 h)的80℃热烘箱老化，如表21所示，片材的拉伸强度减少在10%以内，断裂伸长还有所提高，分析原因，可能是高温下取向更加均匀的缘故。

表21 空气热老化测试

2.2.4 耐碱性测试

经过一周(168 h)的CaOH溶液浸泡，片材的拉伸强度和断裂伸长率减少在20%以内，符合国家标准。

3 总结

通过对不同配比不同种类的HDPE、LLDPE、POE(EVA)的力学性能，柔韧度研究发现，LLDPE优异的性能和较好的柔软度适合作为基体材料，在其基础上共混HDPE和POE(EVA)进行改性，以满足国家标准对于防水片材的要求。在选择HDPE上，使用7042效果明显胜过5000S。对比共混材料和单个原料的拉伸性能可以看出，POE以及EVA的加入，对于材料有明显的增韧作用，选择POE合适配比为11%，选择EVA合适配比为18%，选取POE-6、26、29和EVA-8、15进行进一步的研究。

通过对POE增韧PE体系、EVA增韧PE体系的共混改性研究，在经过对大量改性配方的筛选，最终确定了性能较为优异的配方POE-26(LLDPE7042/POE配比 89/11)、POE-29(HDPE TR144/LLDPE5220G /POE配比14.5/74.5/11)、EVA-8(TR144/5220G/EVAp配比26/56/1 8)、EVA-15(TR144/7042/EVAp 配比 16/66/18)。经过不透水性测试，低温弯折性测试，热空气老化，耐碱性试验，都达到并且超过了国家标准中的高要求部分。

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