AMSE 材料科学与工程的发展 1687 - 8442 1687 - 8434 Hindawi出版公司 635693年 10.1155 / 2012/635693 635693年 研究文章 加工和表征的高密度聚乙烯/乙烯醋酸乙烯酯混合不同VA的内容 Alothman 奥斯曼Y。 顾 Zhennan 1 化学工程系 沙特国王大学 邮政信箱800 11421年利雅得 沙特阿拉伯 ksu.edu.sa 2012年 4 12 2012年 2012年 27 08年 2012年 03 11 2012年 2012年 版权©2012年奥斯曼y Alothman。 这是一个开放的文章在知识共享归属许可下发布的,它允许无限制的使用,分布和繁殖在任何媒介,提供最初的工作是正确的引用。

不同系列的高密度聚乙烯/乙烯醋酸乙烯酯(HDPE / EVA)混合准备通过熔体混合在一个共转互相啮合双螺杆挤出机。VA百分比和伊娃的影响在热荷载比,流变粘弹性、机械、和混合的断裂韧性进行了分析。结果表明,EVA与HDPE降低了热,弹性和粘弹性性能的混合。断裂表面的微观组织检查证实了韧性断裂的HDPE / EVA混合混合比率和VA百分比。增加了伊娃比和VA含量显著减少混合引起的结晶度,但对熔化温度没有明显的影响。复杂的粘度增加而增加的百分比EVA分子流动性的限制和自由体积减少,引起的EVA。存储模量随EVA率和温度增加而降低,而随着频率的增加而增加。杨氏模量、屈服强度和断裂应变随EVA比例增加而降低。同样,断裂韧性下降与伊娃比例成正比。最后结果表明,VA含量具有显著影响机械、热、HDPE / EVA混合的动态属性。

 1。介绍

聚乙烯(PE)被越来越多地用于许多工业和生物医学应用。其出色的特性,比如正则链结构,低成本和低能量需求处理,良好的生物相容性,良好的机械性能使PE不断扩大其应用程序( 1- - - - - - 5]。体育产品在金属产品的优越性是由于其重量轻、高耐腐蚀、低成本。然而,也有一些缺点与聚乙烯包括低耐环境应力开裂、蠕变阻力低、兼容性与各种添加剂为白痴限制它的使用目的( 6, 7]。因此,有许多试图改善聚乙烯的特性,通过混合有机或无机材料 6- - - - - - 14]。

这些材料包括乙烯醋酸乙烯酯共聚物(EVA),聚烯烃家族的成员来自随机(VA)和乙烯醋酸乙烯共聚。伊娃属性变化明显VA含量的函数( 5]。VA含量对聚乙烯(PE)有两个主要的影响。首先,增加VA含量减少聚乙烯的结晶度。虽然聚乙烯结晶度可以达到65%,EVA与约50 wt % VA是完全非晶态。其次,伊娃极性的增加随着VA含量的增加由于极地乙酰氧基侧链的性质。这允许操作重要属性来满足不同应用程序,包括灵活收缩包装,农业电影、涂料、油漆、鞋类鞋底,热熔和热密封粘合剂、半透膜、灵活的玩具和油管和交联发泡轮胎( 6]。

的EVA, PE可以提高其透明度、灵活性、热电阻率、耐环境应力开裂,电阻,高承载能力的填充剂( 15- - - - - - 23]。此外,混合的PE / EVA具有较高的热收缩和高稳定性受到老化时,风化和咄咄逼人的媒体( 24]。因此,PE / EVA混合使用在许多应用程序中包括高压电缆系统、多层包装电影和表、汽车零件、农用薄膜等医疗管,等等。

有很大的出版物处理PE / EVA混合的制备和表征。其中包括假惺惺et al。 23]研究流变学、形态学和机械性能的二进制PE, EVA混合。Akhlaghi et al。 26]研究了磷酸的影响包含稳定剂在机械、形态、热性能的HDPE / EVA混合包含季铵盐改性蒙脱土。

这项研究是一个研究项目的一部分,旨在调查VA含量的影响和混合比例的PE / EVA整体热弹性、粘弹性和断裂韧性PE / EVA混合。这样的混合应用程序可能包括儿童玩具、医疗管材、家用手套、野餐垫、拖鞋、等等。

 2。实验工作 2.1。材料

聚烯烃应用于目前的工作是一个注塑级高密度聚乙烯(HDPE)在沙特阿拉伯当地市场。熔体流动指数的30克/ 10分钟

两个等级的乙烯醋酸乙烯酯与不同VA含量。第一个EVA等级包含27个wt % VA(00328年Escorene超FL)熔融指数的3 g / 10分钟,称为EVA328。二年级包含6.5 wt % VA, (Escorene超00206 FL)熔融指数为2.5 g / 10分钟,称为EVA206。伊娃是由埃克森美孚化工、比利时。

混合HDPE和不同等级的伊娃准备在HDPE / EVA重量比例100/0,95/5,80/20,60/40通过使用co-rotating互相啮合双螺杆挤出机(英国Farrel有限,FTX 20),直径26毫米, l / D = 35 。处理条件200°C和24 RPM。挤压字符串在水浴冷却大约12°C,风干,然后托盘化的颗粒。颗粒被进一步干和条件为40小时在实验室环境。颗粒被注射成型获得一组标准ASTM D638 I型标本( 27]。注塑温度约为220°C,总周期时间是35秒。标本在标准实验室环境条件进一步测试前40小时。

 2.2。表征方法

断裂表面的HDPE / EVA标本检查使用扫描电子显微镜(SEM模型房子6360,Jeol公司,日本)。标本固定双涂层碳带也是用于耗散的电子束,热量积聚。所有的标本都涂上一层薄薄的金真空SEM观察之前,使用IFC 1600镀膜机。显微镜观察的考试的主要目的是探讨EVA含量对混合断裂的影响。

差示扫描量热法(DSC)测试进行DSC-6系列(Schimadzu、日本)的样本 ≈5毫克密封在一个铝锅。每个标本放置在DSC烤箱加热5°C /分钟的速度到200°C。融化的热量是通过整合下的面积计算DSC吸热峰的DSC热谱。融化温度是在熔化过程的顶峰。结晶度百分比计算100%的热量融化的正常化水晶PE (290 J / g),由以下方程( 4, 28]: (1) X c = Δ H 米 Δ H 米 + , 在哪里 X c 结晶度, Δ H 米 的比焓融化, Δ H 米 + 是融化了100%的比焓水晶PE。

的流变和粘弹性性质PE / EVA混合使用动态力学分析的特点,DMA,(美国AR-G2从助教)。流变特性被测量通过plate-plate直径25毫米板的几何形状,和一个1.0毫米的差距。样本加热到190°C,稳定在这个温度为5分钟。标本在测试频率范围从0.01到600 rad /秒。粘弹性性质测量扭力安排下样品加热和稳定在90°C 5分钟,然后频率扫描测试从0.1到600 rad /秒。

骨折的拉伸试验在室温下进行位移速率的20毫米/分钟至少三个标本进行测试在每个条件和标准差。工程确定屈服强度上压力点,从最初的计算杨氏模量线性应力应变的区域。工程和真实应力应变曲线计算使用标准方法( 28)如下: (2) σ N = F 一个 o , ε N = l - - - - - - l o l o 。

断裂韧性( K 我 )是计算从一个边缘切口(SEN)标本测试在500毫米/分钟紧张的森标本有尖锐的裂纹试样宽度的10%。断裂韧性计算使用, 29日), (3) K 我 = σ · Y 2 · 一个 , 在哪里 σ 断裂应力, Y 2 森是一个校正系数等于4.42样本,然后呢 一个 裂纹长度。

洛氏硬度的HDPE / EVA混合计算从里氏反弹测试。里氏硬度试验的测试是一个典型的反弹能量前后的硬度计压头计算产生影响。因此,可以确定材料的硬度。

 3所示。结果与讨论 3.1。断裂表面

断裂面的扫描电镜图像的HDPE / EVA206和HDPE / EVA328标本图所示 1。他们的存在在试样断口表面纤维表面。

断裂表面的HDPE / EVA (40%)。

在HDPE / EVA混合拉伸测试,压力美白区发展在脖子的长度可以归因于不同的过程可以发生在聚合物,如矩阵龟裂,矩阵剪切屈服,等等。HDPE和伊娃的断裂显微照片图像混合显示多个排泄和矩阵颤动的相互作用。HDPE的原纤维长度长比的混合的混合的高应力集中水平。

断裂表面的微观调查整洁HDPE和混合样品precrack揭示了一个完全不同的形态和断裂机理比拉伸样品。阿里和Elleithy [ 25)提出了一个precracked断裂机理如图 2。表面的样本与precrack骨折可分为三个主要区域:我最初precrack区;第二,缓慢的裂纹扩展区;第四,快速裂纹扩展区。此外,裂纹扩展区可以进一步细分为3个区域,即第三过渡区(低到高传播区)和两个皮肤区V和VI。慢速裂纹扩展区(2)有一个椭圆形状,可以以它的长度(L)和宽度(d) ( 25]。

断裂表面的示意图表示HDPE或复合precrack(作者的许可( 25])。

SEM图像清楚地揭示出这些样品有两个独特的裂纹扩展区:慢速裂纹和快速裂纹扩展区。这些区域的长度受到伊娃的百分比浓度。是观察到慢速裂纹扩展区长度增加而增加EVA含量对伊娃的成绩。矩阵颤是厚,简称混合含有更少比例的伊娃比那些有很高比例的EVA。随着EVA含量的增加,纤维变得越来越薄,越来越长。

伊娃年级也影响试样断裂的机理。伊娃328包含更高层次的醋酸乙烯酯(VA) EVA206。很明显,基质纤维更薄和更长的在HDPE / EVA328样品比HDPE / EVA206。这可能归因于EVA328混合VA含量就越高。

均匀纤维撤军所示试样的断口表面周长是所有混合不同延性的指标EVA加载比和弗吉尼亚州的百分比。

 3.2。热性能

提出了混合的DSC升温曲线数据 3和 4,分别。图 3(一个)显示了HDPE的DSC结果第一热,EVA206及其混合而图 3 (b)显示了HDPE的DSC结果EVA328,和它们的混合物。图 3,显示了HDPE(单一的吸热峰 T 米 = 131年 °C), EVA206 ( T 米 = One hundred. °C)和EVA328 ( T 米 = 72年 °C)代表他们的结晶相的熔化温度。结果也表明,VA含量从6.5%上升到27% wt在EVA共聚物EVA熔化温度峰值从100减少到72°C和相关的焓也从72减少到12 J / g。类似的结果已经被Khonakdar报道et al。 19),伊娃结晶度和熔化温度降低了由于VA含量的增加。

(a) HDPE的DSC热曲线,EVA206,和它们的混合物。(b) HDPE的DSC热曲线,EVA328,和它们的混合物。

(a) HDPE的DSC热曲线,EVA206,和它们的混合物。(b) HDPE的DSC热曲线,EVA328,和它们的混合物。

DSC结果表明,HDPE / EVA混合的融化温度略有下降由于EVA共聚物。这种减少HDPE / EVA熔化温度的结晶相到一个较低的温度可以归因于伊娃的稀释效应和/或由于PE共结晶与EVA的一部分。单峰值的存在对所有附近的混合HDPE熔化温度验证好的混溶的伊娃在HDPE和高程度的共结晶对EVA混合组成内容( 17, 19, 22, 23]。

HDPE的结晶和HDPE / EVA混合是通过熔化热来判断, Δ H 。随着熔化热的增加,结晶。图 4表明,伊娃和VA含量没有显著影响结晶温度的混合,但他们减少混合的结晶度。例如,HDPE的相对结晶度从58%下降到42%和33%由于EVA328增加20%和40%,分别。比较伊娃和VA含量的影响在HDPE / EVA混合结晶度表所示 1。结晶度的降低HDPE / EVA328混合比这更明显的HDPE / EVA206因为EVA206比EVA328更高的结晶度。一般来说,在HDPE / EVA混合,伊娃分散相分布作用在HDPE分子链的排列在晶格从融化,冷却时导致减少混合( 23]。

熔化温度和结晶度的HDPE / EVA混合比例。

EVA含量% 熔点(°C)。 结晶度%
EVA206 EVA328 EVA206 EVA328
0 131年 131年 58 58
5 131年 130年 43 45
20. 129年 129年 48 42
40 130年 129年 37 33
One hundred. One hundred. 72年 21 6
3.3。流变行为的HDPE / EVA混合

复杂的粘度对HDPE和伊娃的结果作为角频率在190°C的函数图所示 5。这些结果表明,整洁的聚合物表现出幂律流的行为,与粘度秩序EVA328 > EVA206 > HDPE在几乎所有的频率范围。较高的粘度EVA328可能由于其结构特点,如分子量和分支。支化聚合物分子纠缠可能有助于更快速增长在牛顿粘度比在无支链的聚合物。

复杂的纯材料的粘度。

复杂的粘度和角频率之间的关系在190°C的HDPE / EVA206和HDPE / EVA328混合图所示 6。结果表明,复杂的混合粘度的增加而增加的伊娃内容类型的伊娃尤其是EVA加载率更高。类似的结果已经通过Khonakdar et al。 22),聚乙烯的复合粘度EVA含量的增加而增加。这些结果清楚地表明,所有的混合表现为剪切稀化材料与可分为两个区域:(i)在较低频率,高剪切稀化,(2)低剪切稀化在更高的频率。可以看出在某些情况下,混合物的粘度低于那些整洁的聚合物尤其是在更高的频率范围。如图 6可以观察到,没有结论性的差异之间的相同数量的EVA206 EVA328。这可能是由于疲软的影响完全分散的EVA分子矩阵的聚乙烯。此外,在丰富的EVA混合,混合物的粘度高于整洁的树脂。这是由于分子流动性的限制和自由体积的减少引起的EVA。高熔体粘度在熔融纺丝是一种优势,因为它促进更快的大厅了速度( 30.]。另一方面,较高的熔体粘度会导致更高的挤出机马达的负载可能是一个劣势。

复杂的粘度在不同比率的HDPE / EVA206和HDPE / EVA328。

图 7展示了Cole-Cole情节对HDPE / EVA混合。这些曲线是线性的。Cole-Cole曲线表明同质性的线性形态、和曲线的间距反映出独立的混合比例和良好的兼容性 22]。

Cole-Cole图HDPE / EVA混合。

 3.4。动态力学分析

响应的存储模量(G′)为HDPE测试频率,伊娃和混合数据所示 8(一个)和 8 (b)。东亚思想库网络EVA328储能模量最低频率,而HDPE模量最高。伊娃的阻尼强度高于HDPE因为橡胶的性质( 31日]。随着伊娃的比例增加,存储模量相应减少。混合,G′增加而增加的测试频率的粘弹性行为的表现与时间有关的HDPE及其混合物。此外,所有的HDPE / EVA混合储能模量降低,增加了伊娃的内容。这种现象也观察到的拉伸强度将在下一节中讨论。储能模量的降低可以归因于混合结晶度的降低,聚合物基体的硬度,造成链的增加流动性和增强的自由体积的存在。EVA的加入使得控制硬材料机械性能的橡胶材料。此外,降低储能模量可以归因于存在弱界面相互作用阶段在HDPE / EVA混合。温度对HDPE的储能模量的影响,伊娃,他们的混合描述了数据 9(一个)和 9 (b)。随着温度的增加,整洁的HDPE模量减少由于分子链的增加流动性。

在90°C (a)频率扫描HDPE / EVA206混合。在90°C (b)频率扫描了HDPE / EVA328混合。

(a)的影响温度对HDPE的储能模量,EVA206,和它们的混合物。(b)的影响温度对HDPE的储能模量,EVA328,和它们的混合物。

 3.5。机械性能

数据 10来 12杨氏模量的变化,刚度和屈服强度对HDPE / EVA混合不同加载率的EVA。如图 10,增加了EVA含量的混合降低杨氏模量由于混合的结晶度下降。

变异的HDPE / EVA混合模量与EVA的内容和类型。

图 11显示模量下降的百分比的刚度降低。HDPE的刚度以5%,20%,和40% EVA206减少5%,17%,和23%,分别比较整洁的HDPE。也出现了类似的观察与刚度的HDPE / EVA328混合。此外,图 11显示同样的混合比例的HDPE / EVA206和HDPE / EVA328混合的刚度随VA含量增加而减小。例如,HDPE的模量与40% EVA当VA含量减少7%伊娃从6%增加到27%,分别。

储能模量作为VA含量的函数。

变异的HDPE / EVA混合与伊娃上屈服点的内容和类型。

图 12表明,HDPE / EVA混合的屈服强度随EVA含量增加而减小。的屈服强度降至逾40% HDPE EVA328混合与40%,比较整洁的HDPE。此外,图 12表明,VA含量没有显著影响的屈服应力混合。此外,结果表明,HDPE / EVA混合表现出典型的冷拔行为最终打破前的标本。这是表现为断裂伸长率降低。刚度和屈服强度的降低HDPE / EVA混合可以归因于在融合了结晶度和减少的可能性之间存在弱界面交互阶段在HDPE / EVA混合。

因此,混合系数、刚度和屈服强度降低和增加了伊娃的内容。

图 13表明,HDPE / EVA的应变断裂混合随EVA含量增大而减小。例如,HDPE为40%的应变断裂EVA328比纯HDPE减少约50%。此外,图 13表明,该菌株在HDPE / EVA混合断裂几乎是独立的VA含量的伊娃。减少在应变断裂与EVA含量增加可能是由于形态的变化和两相的混合性质。尽管相当大的骨折复位的HDPE的混合,它仍然是可以接受的等许多应用水冷管道和电线电缆。

变异的HDPE / EVA混合应变断裂与EVA的内容和类型。

 3.6。断裂韧性测量

HDPE的断裂韧性及其混合计算根据( 3)。断裂韧性( K 我 )的混合是低于纯树脂见图 14。例如, K 我 HDPE的HDPE EVA328 40%的大约两倍。伊娃在HDPE的存在降低了延性(从拉伸性能),减少了断裂韧性。

断裂韧性的变化HDPE / EVA与EVA混合比例。

 3.7。的洛氏硬度

硬度试验提供了一种快速评价机械性能上的变化由于化学变化或处理条件、热处理、显微组织和老化。此外,结晶聚合物的形态和结构的变化可以被探测到的硬度测试。整洁的HDPE的洛氏硬度结果及其混合计算从里氏反弹测试和表所示 2。结果表明,材料变得柔软随着EVA含量的增加,减少混合回声特性。此外,结果表明,EVA与VA含量增加,洛氏硬度下降稳定和更有弹性的行为可以观察到。也庞大集团的存在,如醋酸乙烯酯(VA) EVA共聚物结构显著降低了结晶度和行为提供了更多的橡胶共聚物,与整洁的HDPE。因此,降低硬度和整体机械性能可以归因于自然橡胶,EVA共聚物的结晶度低。取得了类似的结果,许多调查人员,机械和粘弹性性能和硬度降低了弗吉尼亚州的伊娃和增加内容( 17, 19, 22]。

洛氏硬度的纯HDPE及其混合物。

材料 HDPE HDPE / EVA206 (5%) HDPE / EVA206 (10%) HDPE / EVA206 (20%) HDPE / EVA206 (40%)
计算洛氏硬度 41 38 37 35 33
HDPE HDPE / EVA328 (5%) HDPE / EVA328 (10%) HDPE / EVA328 (20%) HDPE / EVA328 (40%)
41 35 33 28 27
4所示。结论

在目前的研究中,HDPE / EVA206和HDPE / EVA328混合在不同的比率是准备使用熔体混合共转互相啮合双螺杆挤出机。断裂表面的微观组织检查证实了韧性断裂的HDPE / EVA EVA加载率的成绩。热分析结果表明,EVA载荷的结晶度明显影响混合但不融化的温度。复杂的粘度随EVA比例增加而降低。这是由于分子流动性的限制和自由体积的减少。增加了伊娃的储能模量下降率和测试时,其温度随着测试频率的增加而增加。拉伸试验结果表明,杨氏模量、屈服强度、断裂应变随EVA比例增加而降低。最后,混合硬度和断裂韧性随EVA含量增加而降低。这是由于混合的结晶度的降低。总之,结果表明,VA百分比对机械具有重要的影响,热,和动态属性的HDPE / EVA混合。

 承认

作者要感谢工程学院的研究中心,在沙特国王大学,支持这项工作。特别感谢教授哈桑Fouad和伊利亚斯·阿里博士对他们有价值的讨论和评论。

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