文摘

通过引入low-entanglement UHMWPE,聚烯烃的力学性能均有不同程度的提高。聚丙烯、缺乏互动UHMWPE和聚丙烯导致理想的加固效果,并进行状态使粒子更容易形成缺陷由连锁爆炸。相比之下,对聚乙烯和橡胶含有乙烯段,low-entanglement UHMWPE发挥更好的作用在加强。一系列的测量包括扫描电子显微镜(SEM)、流变测量,差示扫描量热法(DSC)和机械测量被用来调查机制不同的增强效果。它源于相互扩散和缠结形成聚乙烯段的界面,赋予不同的聚合和缺陷结构的材料。例如,三元乙丙橡胶具有更高的最佳剂量UHMWPE粒子反射界面良好的相互扩散与UHMWPE粒子,导致重要的力学性能进行了优化。

1。介绍

Metallocene-catalyzed聚烯烃代表革命一代的石化产品具有良好的韧性,耐冲击、透明度、和低气味(1]。与常用的Ziegler-Natta催化剂相比,茂金属催化剂具有催化活性高的优点,适用单体,单一的活性部位,提供均匀的聚合物单体分布,减少部分低分子量链(2,3]。由于窄分子量分布(Mw / 3)的茂金属聚烯烃,展品熔融加工性能好,抗拉强度高、抗冲击强度、穿刺[4]。茂金属聚烯烃家族包括不同类型的聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)和乙烯共聚物。各种新型乙烯共聚物弹性体是发明,包括茂金属三元乙丙橡胶,ethylene-octene共聚物(坡),和烯烃嵌段共聚物(简称OBCs),良好的亲和力与传统体育的优势(5,6]。

超高分子量聚乙烯(UHMWPE)是一种优越的材料有关其优异的韧性、低磨损,高耐冲击[7- - - - - -9]。如今,它是应用于聚合物复合材料力学性能提高,韧性和抗拉强度等。使用该粒子的优势是,表面的高分子链能够reptating与聚合物基质和纠缠,在传统的无机粒子很难带来(10]。矩阵和增强颗粒之间的界面结合是至关重要的决定最终的聚合物共混的机械性能。

通常情况下,一个商业UHMWPE由Ziegler-Natta合成催化剂在高温(> 60°C)、链增长速率大于链结晶速率形成许多纠葛在无定形区域(11]。一个纠缠UHMWPE(体重平均分子量为106克/摩尔)链展品终端弛豫时间15 h在180°C根据表层塌滑理论和管模型(12),这表明它纠缠UHMWPE段很难扩散到矩阵的剪切速率和处理时间非常有限。相比之下,low-entanglement扩散模型的纠缠UHMWPE的材料是不同的,它提出了连锁爆炸模式,是陪着一个快速横向运动(13,14]。在我们的研究小组中,杨等人发现,UHMWPE与不同的纠缠态的结构和力学性能有不同的影响HDPE / UHMWPE混合。地与low-entanglement状态更容易放松和重叠相邻HDPE链,导致更多的优秀的机械行为(15]。

茂金属聚烯烃,使用超高分子量聚乙烯进行强化是一个非常有吸引力的尝试。我们所知,很少有报道关于茂金属聚烯烃的强化low-entanglement UHMWPE粒子。此外,没有研究的增强机理UHMWPE-reinforced材料从界面相互扩散的角度。因此,我们选择三种茂金属聚烯烃包含不同分数的聚乙烯段(0%,70.5%,100%),PP、三元乙丙橡胶,LLDPE。合成的UHMWPE粒子与解离状态基于我们以前的工作是用来增强[16,17]。我们的目标是观察low-entanglement UHMWPE粒子和缠结形成的微观结构和力学性能的演变通过一系列的调查包括扫描电子显微镜(SEM)、流变测量,差示扫描量热法(DSC)和机械测量。

2。实验

2.1。材料

茂金属聚丙烯是由中石化集团(中国)。三元乙丙橡胶(NORDEL™IP 3722 p)为70.5 wt %的乙烯含量、29.0 wt %的丙烯含量,0.5 wt %的亚乙基norbornene (ENB),茂金属LLDPE(精英,5401克)购买的陶氏(美国)。low-entanglement超高分子量聚乙烯(Dis-UHMWPE)的熔体流动速率(MFR) 0.5克/ 10分钟(230°C, 21.6公斤)合成了基于我们以前的工作(16]。抗氧化剂(Dis-UHMWPE Irganox 1010)是由J&K化工集团(中国)。

2.2。混合制备

Dis-UHMWPE粒子的重量分数melt-mixed到茂金属聚烯烃矩阵都选为0 wt %, 1 wt %, 3 wt %, 5 wt %, 10 wt % 20 wt %, 30 wt %, 40 wt %。此外,0.6 wt %的抗氧化剂1010添加到防止氧化降解在后续实验。聚合物混合在转矩流变仪(HAPRO MIX-60,中国)在190°C 5分钟的速度60 rpm。这些被指示为混合样品 , ,和 ,在哪里 代表的重量分数Dis-UHMWPE粒子在聚合物混合 wt %。

后来,混合物被压缩在190°C 5分钟10 MPa下生产样品通过压缩机(XLB-HD,东方机械有限公司,中国)。样品冷却到室温,压缩哑铃样本和磁盘样本用于机械测试和流变测试,分别。混合制备的原理图如图1。


图1
原理图的准备。
2.3。特征
2.3.1。激光粒度分析

Dis-UHMWPE粒子的尺寸是由激光粒度分析仪(ls - 230库尔特,美国)与乙醇为分散介质。激光衍射测量原理。散射光的强度代表粒径的粒子数。通过这种方式,可以获得样品的粒度分布通过测量散射光的强度在不同的角度。粒度的测试结果是D10, D50, D90,,分别表示粒度累积分布时为10%,50%,和90%的粒径体积分布曲线,和D50也被称为平均粒径。

2.3.2。显微观察

Dis-UHMWPE粒子的形态是由光学显微镜研究了(徕卡DM500)高清数码相机(ICC50W)。Dis-UHMWPE粒子均匀分散在载玻片,然后拍摄的数码相机。

骨折的特点是由扫描电子显微镜(SEM、JEOL地产- 7500 f)。上面提到的三种混合是进入液氮浸泡15分钟,然后断裂成两块。提高材料的断裂表面的导电性,骨折部分之前gold-sputtered检查表面形态。

2.3.3。流变测量

生产商测量熔体流动进行了测试(hs - xnr - 400 a,合盛公司,中国)。负载在实验中被选为2.16公斤。活塞和测试聚合物预热5分钟,温度保持在230°C。该生产商值记录单元g / 10分钟。每个样品的熔融指数测试至少两次,和平均值。

混合的粘弹性分析在一个轴应变流变仪(美国TA仪器HR10)和一个平行板直径20毫米。磁盘流变测试是固定的尺寸直径20毫米和2毫米的厚度。磁盘之间的平行板流变仪是加热到190°C下氮的环境,和流变测量进行振荡模式。等待200秒后确保样品的热稳定性,流变测量的开始。混合进行的频率扫描测试0.01赫兹的频率范围从100年1.0%的应变振幅的线性粘弹性机制。

应用于样品剪切率线性增加的时间从0年代1十年代1,18岁1,分别。所有样品都是360年代治疗。为了方便起见,样本被Dis-UHMWPE粒子和终止的内容剪切率。例如,PP / U3-10表示的内容Dis-UHMWPE粒子是3 wt %和终止剪切率10年代1。振荡时间扫描是由1.0%的应变振幅剪切修改后和5赫兹的频率跟踪reentanglement混合的过程。

2.3.4。热行为

热行为样本,记录在差示扫描量热法(DSC)(美国TA DSC25)在氮气气氛。样本加热从30°C到190°C的增加率10°C /分钟。之后,举行了五分钟,消除热历史,和样品冷却到30°C的速度10°C /分钟。温度扫描被反复加热和冷却30°C和190°C之间10°C /分钟第二周期。

至于三元乙丙橡胶和LLDPE,结晶度LLDPE ( )计算了 在哪里 样品和熔化焓的吗 的熔化焓是完全结晶聚乙烯(293.0 J / g) (18]。

至于PP混合,PP的结晶度是第二步冷曲线估计的使用 在哪里 PP的冷却结晶焓是第二个在冷却过程中, 水晶PP的熔化焓是100%,这是209年J / g (19),而 是页的重量分数混合组件。

同样,UHMWPE的结晶度PP混合估计通过使用 在哪里 的冷却结晶焓UHMWPE在第二冷却过程和 该组件的重量分数的混合。

2.3.5。机械测试

进行拉伸测试是一个机电通用测试系统(英斯特朗,型号5566,美国)在室温(25°C)的拉伸速度50毫米/分钟。哑铃样条线生产的长度,宽度,和30毫米,厚度5毫米,和2毫米。对于每组测试,超过四个样品进行了测试,记录的平均值和标准差。

的硬度EPDM / U, PP / U, LLDPE / U是衡量使用肖氏硬度计(海岸“D”)。标本被放在一个平面上。硬度计压头的硬度计就按样品没有任何振动,确保它是平行于表面。测试值必须记录硬度计压头和样本后1秒内完全接触。每种类型的样品测量五次为不同位置和平均值。

3所示。结果与讨论

3.1。Dis-UHMWPE粒子的形态和分布

Dis-UHMWPE粒子的平均直径进行激光粒度分析和形态如图2。粒子的平均直径D50 Dis-UHMWPE接近135μ米,对应一个光学显微镜下拍摄的图像。Dis-UHMWPE新生不同粒径的粒子通常是“grape-shaped”,这是直接由松散堆放结节性颗粒(20.]。与高度纠缠UHMWPE相比,结节性粒子的大小Dis-UHMWPE通常较小,和不同数量的球状颗粒结块形成新的粒子大小不同的。

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图2
(一)Dis-UHMWPE粒子的形态。(b) Dis-UHMWPE粒子的平均直径累积分布的10%,50%,90%。

这些UHMWPE粒子被纳入不同的茂金属聚烯烃矩阵。的扫描电镜图像的断裂部分melt-processed混合图中所示3。融化处理后,Dis-UHMWPE粒子经历重大的进化。它反映了两相的混合和分配的混合性UHMWPE粒子。当浓度较低,相对同质的系统是没有可观察到的粒子形成的。至于PP / U,明显的颗粒出现当UHMWPE内容3 wt %。随着内容的UHMWPE的增加,巨大的粒子表面逐渐出现指示溶混性恶化,特别是当10 wt %的Dis-UHMWPE粒子合并,体积平均直径为0.9μm。相比之下,出现的频率UHMWPE粒子在三元乙丙橡胶和LLDPE显著降低与PP / U样品相比,即使添加内容Dis-UHMWPE粒子达到10 wt %。与此同时,该粒子的体积平均直径增加在三元乙丙橡胶达到4.1μ米由于不同的表面张力和流变性质不同的混合系统。


图3
扫描电镜的图像部分骨折三种混合。(一个0,一个3,一个5,一个10)PP-U0、3、5、10。(b0b3b5b10)EPDM-U0、3、5、10。(c0c3c5c10)LLDPE-U0、3、5、10。(d1d2d3粒度分布的PP / - u10,EPDM-U10,LLDPE-U10。(e)混合过程的原理图的聚烯烃Dis-UHMWPE粒子。

的断裂部分LLDPE / U图3提出了一个清晰的三维网络结构。当添加内容Dis-UHMWPE粒子达到超过5 wt %,如图3(c5),3(c10),断裂表面开始出现明显的粒子。90%的UHMWPE粒子集中在0.5 - -1.0μ量平均为0.6μ表现出良好的混合特征。SEM结果直观地提供判断的两相混溶。基于上述观察,得出的结论是,当Dis-UHMWPE粒子混合与聚烯烃、结节性粒子分离和物理相互作用矩阵,的原理图如图3(e),它表现出不同粒径的UHMWPE基于聚合物基质的选择和添加的内容Dis-UHMWPE粒子。此外,从高分子链段的角度,界面之间的相互扩散UHMWPE粒子和聚烯烃矩阵需要披露。

3.2。界面相互扩散

熔体流动速率(MFR)及其聚合物共混的归一化值见图4。三元乙丙橡胶执行流动性与PP和LLDPE相比相对较弱。此外,引入Dis-UHMWPE颗粒逐渐减少流动性的聚烯烃矩阵。Dis-UHMWPE粒子的含量应控制在较低范围内,以确保足够的熔融加工性能。当添加量的UHMWPE 10 wt %, LLDPE的流动性减速比和三元乙丙橡胶非常相似,大约接近64%。与此同时,PP混合显示,30%的熔体流动指数衰减。它提示不同界面亲和力与UHMWPE含有聚乙烯聚丙烯和聚烯烃的段。

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图4
(一)熔体流动速率三个混合。(b)规范化三个混合的生产商(熔体流动速率)。在190°c (c)模量与频率对三元乙丙橡胶/ U1和LLDPE / U1。(d)交叉频率与UHMWPE含量在190°C的三元乙丙橡胶/ U和LLDPE / U。

混合的混溶和相互扩散行为与不同质量分数的UHMWPE评估通过高温动态频率扫描。带着样品1 wt % UHMWPE为例,如图4 (c)在高频政权,储能模量( )混合大于损耗模量( )。固体材料往往表现得更像高频刺激由于振荡剪切变形,它在交叉频率在整个分子链的运动能力。通过比较混合的交叉频率的变化,我们理解该内容对松弛行为的影响。如图4 (d)UHMWPE含量的增加,交叉频率逐渐减少和更长的弛豫时间是必需的。LLDPE矩阵对UHMWPE的变化更敏感,和液状物固体状的变化迅速过渡到低频率。它源于网络结构的形成与整合Dis-UHMWPE [21- - - - - -23]。

如图5,混合物的粘度逐渐增加的增量UHMWPE分数,结果阻碍的超长分子链UHMWPE (18]。三元乙丙橡胶展品更高粘度与聚乙烯相比,相应的与该生产商的结果。LLDPE / U和三元乙丙橡胶/显示一个相对较高的复杂的粘度与原始的相比,证明Dis-UHMWPE粒子的引入提高了分子间的纠葛混合并显示长周期弛豫行为(24]。LLDPE / U和三元乙丙橡胶/ U表现出典型的剪切稀化行为与纯LLDPE的牛顿行为明显的政权,这是有利于熔体处理在高剪切率。数据5 (b)- - - - - -5 (e)现在的进化储能模量的三元乙丙橡胶/ U和LLDPE /混合不同的UHMWPE的内容。储能模量代表了熔体的弹性和分子链的松弛行为。所示的储能模量和频率曲线,混合样品有较大的剪切模量在低频率与原始样品相比,这是归因于弛豫时间越长。模量的变化对三元乙丙橡胶/ U是微不足道的LLDPE / U当UHMWPE分数小于10 wt %。UHMWPE浓度的进一步增加,存储模量显著提高在低频区域范围从0.01赫兹0.1赫兹,这意味着大量的纠缠之间点和机械网络UHMWPE链和相邻链形成。

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(d)复杂的粘度和频率在190°C EPDM / U和LLDPE / U。(b, e)储能模量与频率在190°C EPDM / U和LLDPE / U。谭(c、f) 在190°C作为频率的函数EPDM / U和LLDPE / U。

损耗角正切(棕褐色 )是一个重要的参数测量熔体的粘弹性转变,说明能量损失之间的平衡和存储。小棕褐色δ(对应于更好的弹性25]。相对明显的正斜率发生在EPDM / U混在低剪切频率(图5 (c)),这是由于界面强度影响三元乙丙橡胶和UHMWPE之间形成紧密的缠结网络(26]。与三元乙丙橡胶/ U相比,棕褐色 LLDPE / U减少更加明显随着频率的增加,表明粘性流体弹性行为和不明显(27]。总之,UHMWPE有很大的影响在三元乙丙橡胶的粘弹性和LLDPE形成一定程度的纠葛。

获得更深入的了解这两种聚合物的溶混性,上述数据重新映射图6。log-additivity规则是一种常见的方法来分析混溶的两相的混合28]。数据6(一)- - - - - -6 (d)显示复杂的粘度和储能模量的变化在0.01赫兹和UHMWPE含量在190°C EPDM / U和LLDPE / U。与LLDPE / U相比,三元乙丙橡胶/ U展品明显较高的线性曲线线性变异的日志 和日志 与UHMWPE的内容。它表明,两相的混合性EPDM / U混比这更令人印象深刻的LLDPE / U。

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图6
(a, d)储能模量的变化和复杂的粘度在0.01赫兹和UHMWPE含量在190°C EPDM / U和LLDPE / U。(b, e) Cole-Cole曲线为三元乙丙橡胶/ U和LLDPE / U。(c、f)汉对EPDM / U和LLDPE / U曲线。

Cole-Cole曲线是一个实证相关工具分析混合的混溶,它演示了真正的粘度之间的关系( )和想象中的粘度( )。Cole-Cole曲线向下弯曲的程度表示相分离,分散粒子的弛豫过程29日),光滑的半圆代表好的混溶(30.,31日]。如图6 (f),LLDPE矩阵和UHMWPE含量低于3 wt %具有良好的溶混性体现在可观测的半圆形。曲线的形状大幅偏离直线的半圆的好转尾巴10 wt %的浓度由于恶化两相混溶。相比之下,Cole-Cole曲线的原始EPDM微微弯曲是由于其内在结构的硬聚乙烯块段和软的聚丙烯块段。有暴力相分离曲线的好转的尾巴当Dis-UHMWPE粒子的添加分数超过20 wt %。

汉曲线具有不同成分的变化也表明基于分子粘弹性理论的相分离行为(32]。明显的多相聚合物体系和均匀的聚合物体系之间的区别在于是否存在成分依赖。如果没有成分依赖,聚合物熔体均匀。因此,证明没有独特的相位差在融化状态当UHMWPE的分数在EPDM / U是低于10 wt %。相反,LLDPE / U系统,汉族曲线有很大偏差的分数10 wt %,这显示了明显的相分离发生在融化状态。当UHMWPE的内容超过10 wt %, LLDPE / U混合物表现出明显的成分依赖性,这是认为,大量的UHMWPE是很难混相矩阵。同时,对于更好的混溶,Dis-UHMWPE粒子的最大添加阈值三元乙丙橡胶达到20 wt %,这非常符合Cole-Cole曲线。在流变学方面,混合的最大添加量修改是10 wt % 20 wt % LLDPE和三元乙丙橡胶。

不同纳米粒子,分子链UHMWPE进行剪切修改下,和链段往往reentangle解离平衡态的形式随机线圈起源于熔融状态的熵驱动的(33]。因此,我们使用流变方法跟踪纠缠的恢复过程,反映两相的界面相互扩散的情况。数据7(一)和7 (b)记录存储模量的恢复过程的两相的混合和时间到达终点站后剪切率的10年代1,18岁1,分别以对数形式。经济复苏过程一般分为两个阶段包括连锁爆炸阶段和爬行阶段,分别为(34]。链中的爆炸阶段,链段运动,形成大量的物理节点迅速纠缠。随后,链段的运动被大大抑制在爬行阶段,它需要很长时间到达平台。我们定义存储模量恢复到一半的时间平衡和总平衡reentanglement一半时间和reentanglement时间,分别和相关数据见图7 (c)和7 (d)。PP / U混合只需要318年代达到平衡态,表明Dis-UHMWPE粒子的链段不有效地扩散到链段的PP矩阵形式存在的集聚。剪切修改后,PP的链段的作用下迅速恢复到平衡熵驱动。界面之间的相互扩散UHMWPE和PP是非常弱的比其他两个聚合物混合,很难形成一个有效的缠结网络延迟复苏进程仍由PP分子链。

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图7
(a, b)建设规范化的储能模量的选择和样品在190°C。一半时间reentanglement和reentanglement剪切修改后:终端剪切速率(c): 101和(d)终端剪切速率:18岁1。

选择两种不同的剪切率追踪差异,和恢复时间的顺序不同的材料不变,反映在大大缩短恢复时间的PP / U和长时间的LLDPE / U和三元乙丙橡胶/ U。这是由于这两种聚合物的运动大大地限制了UHMWPE,和更长的恢复时间可能对应于更好的界面相互扩散。分子链的UHMWPE扩散到分子链缠结网络与三元乙丙橡胶和LLDPE和形式。在细节,当终端剪切速率是10年代1三元乙丙橡胶/ U31168年代达到semiequilibrium状态,LLDPE / U的近4倍3。它给了证据表明,三元乙丙之间的交互和UHMWPE足以形成聚乙烯段之间的纠葛。

基于这些发现,UHMWPE-containing混合不同的聚烯烃的结构图如图8。页之间存在弱任何强大的分子间作用力和UHMWPE稍微纠缠接口。对LLDPE和三元乙丙橡胶,存在一定程度的分子间扩散UHMWPE对聚烯烃矩阵形成的分子链之间的纠葛。虽然有相对较大的粒子矩阵,三元乙丙橡胶的相互扩散力UHMWPE为三元乙丙橡胶的矩阵仍很强,由于聚乙烯的大部分领域的存在。


图8
界面相互扩散的PP / U, EPDM / U和LLDPE / U混合。
3.3。结晶度

图9说明了第二加热和冷却曲线混合的DSC测试,并给出了相关的数据对结晶度在数字9 (d)- - - - - -9 (f)。第一个周期的冷却曲线和第二周期几乎一致,表明混合的热历史已经有效地消除。PP / U的熔化焓是逐渐增加的Dis-UHMWPE粒子。主要由于增强的结晶能力和高熔化焓为100%结晶聚乙烯段。PP的结晶度(低温)峰值估计冷却过程(图9 (g))从13.3%到14.5%不等,而UHMWPE的结晶度(高温峰)从31.9%降至35.8%。尽管PP的结晶度不改变,其结晶温度显著上涨从原始页70.0°C到73.2°C对PP / U1,UHMWPE扮演成核剂的作用。这两个峰值温度的原始页(图融化9(一个))是114.3°C和127.2°C,代表两种构象在页。低温峰和高温峰代表等规聚丙烯、间规聚丙烯,分别。两座山峰的PP / U样本1°C转移到更高的温度。同时,出现肩峰UHMWPE 134.5°C时添加的UHMWPE大于3 wt %的数量。作为成核剂,UHMWPE不参与PP的共结晶过程和稍微提高了PP的聚合结构。它增加的熔点PP结晶度没有显著影响。

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图9
DSC曲线的三种混合。(a - c)的第二加热扫描页/ U, EPDM / U和LLDPE / U。(d)熔化焓的PP / U。(e, f)的结晶度EPDM / U和LLDPE / U。(胃肠道)第二冷却扫描PP / U, EPDM / U和LLDPE / U。

三元乙丙橡胶的乙烯含量超过65%被认为是可结晶的产品为半晶质。当没有UHMWPE的三元乙丙橡胶矩阵,聚合物不结晶不明显的熔点,因为甲基丙烯单元中断三元乙丙橡胶的结晶。当Dis-UHMWPE粒子合并情况改变了。的熔点UHMWPE通常超过130°C (35]。Dis-UHMWPE粒子纳入矩阵时,混合的熔点UHMWPE含量大约133.8°C。此外,出现肩峰在128.2°C,这是归因于聚乙烯的结晶段从三元乙丙橡胶。Dis-UHMWPE粒子的结合促进结晶的成核过程和发展过程(36,37]。在冷却过程中,混合cocrystallizes 118.3°C,使良好的界面三元乙丙之间的相互扩散和UHMWPE的证据。整体的结晶度EPDM / U的UHMWPE略有增加,保持在5%的低水平,确保三元乙丙橡胶的特性保留。

在图9(我)之间,没有明显的共结晶LLDPE和UHMWPE。然而,融化的峰值LLDPE / U混合从122.3°C到128.2°C(图9 (c)),这是说明结晶行为大大增加UHMWPE的影响。同样,UHMWPE的熔点接近133.8°C。值得注意的是,少量的UHMWPE的结晶度LLDPE的伟大变革。1 wt % Dis-UHMWPE粒子合并时,结晶度增加从24.9%降至30.4%,如图9 (f)。当添加量进一步提高,结晶度的增加变得非常小,与三元乙丙橡胶的结晶行为不同。如图9 (e)结晶度增加,三元乙丙橡胶稳定在一个范围更大的内容,这是由于其高填充阈值和良好的相互扩散与UHMWPE。

3.4。力学性能

混合的三个系列的典型的应力-应变曲线如图所示10。页和LLDPE延性材料的力学性能和很高的断裂伸长。拉伸,初应力-应变曲线表现出锋利的斜率代表一般弹性变形到屈服点,其次是柱头和冷拔在LLDPE展品的应变硬化行为。至于三元乙丙橡胶,它作为一个典型的弹性体没有柱头。

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图10
(a, e, i)典型的应力-应变曲线的三个样品,(b)的抗拉强度,(c)工作,(f)杨氏模量(g)硬度、断裂伸长(j), (k)屈服应力,(d)雷达图表页/ U混合,(h)雷达图表的EPDM / U混,和(l)雷达图表LLDPE / U混合。

三个混合的机械性能,包括抗拉强度、断裂伸长、杨氏模量、硬度、屈服应力和破坏工作,也呈现在图10。PP / U混合的机械性能增强的只有当UHMWPE很小的量(1 wt %)。添加量进一步增加时,有一个急剧下降的抗拉强度、断裂伸长和断裂的工作。其杨氏模量、硬度和屈服强度基本保持不变。从雷达图表,它表明在两相的系统,地不适合提高PP的力学性能,主要归结PP的结晶结构仍基本上不变,和PP的UHMWPE礼物矩阵形式的缺陷导致应力集中,对应与SEM的结果。

相比之下,如图11Dis-UHMWPE颗粒明显更好的强化对LLDPE和三元乙丙橡胶的影响。至于LLDPE / U混合5 wt % UHMWPE成功的提高了综合力学性能与原始LLDPE相比,特别是抗拉强度11%,屈服强度11%,硬度为5%。与此同时,断裂伸长与LLDPE / U相比略有下降3,这可能归因于恶化混溶的UHMWPE含量增加。至于三元乙丙橡胶,当添加量的UHMWPE到三元乙丙橡胶是5 wt %,力学性能的增强效应是重要的,包括拉伸和屈服强度、断裂伸长和工作,杨氏模量和硬度。当添加量达到10 wt %,杨氏模量从3.1 MPa到12.4 MPa,极大地提高了3倍。与此同时,其屈服强度、硬度和打破工作不断加强,和相关的值增加了26%,30%,和19%,分别。它暗示UHMWPE发挥了出色的作用在三元乙丙橡胶的增强,源于良好的界面相互扩散和提升总体结构由共结晶引起的。

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归一化图的机械性能:抗拉强度(TS), (b)杨氏模量(YM), (c)断裂伸长(是),(d)打破工作(BW), (e)硬度(H)和(f)屈服应力(y)。

为了突出low-entanglement UHMWPE和high-entanglement之间的区别,我们也试图high-entanglement UHMWPE添加到聚烯烃矩阵进行比较。如图12与high-entanglement UHMWPE相比,low-entanglement UHMWPE具有更重要的作用在提高聚乙烯的力学性能。这是因为low-entanglement UHMWPE缠结网络的结构松散,和LLDPE的链段更容易进入内部low-entanglement UHMWPE链的一部分。从之前的分析,UHMWPE PP基体中存在的缺陷,low-entanglement UHMWPE是更容易比high-entanglement UHMWPE连锁爆炸。因此,low-entanglement UHMWPE将形成较大的缺陷在混合过程中,导致力学性能的退化的PP / U。相比之下,高度纠缠填充物形成小规模的缺陷。对于low-entanglement UHMWPE,我们必须区分它的应用场景。目的是形成更好的UHMWPE和矩阵之间的纠缠,我们需要确保填料不reentangle本身在混合过程中。

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图12
归一化三种样品的力学性能与low-entanglement UHMWPE(实线)和混合high-entanglement UHMWPE(虚线):(一)杨氏模量,断裂伸长(b)和(c)抗拉强度。

4所示。结论

茂金属聚烯烃的界面相互扩散和机械演化通过引入low-entanglement UHMWPE粒子已经证明。PP与巨大的UHMWPE非常贫穷的溶混性与UHMWPE粒子和展品贫穷没有有效的缠结网络界面相互扩散。从大分子链段的角度探讨了流变测量、界面相互扩散力UHMWPE是更重要的关于这两个聚烯烃含有聚乙烯段,导致增强机械性能尤其是三元乙丙橡胶。三元乙丙橡胶具有更高的最大阈值关于流变力学行为。UHMWPE cocrystallizes与三元乙丙橡胶与提升总体结构和混合显示优良的综合力学性能特别是杨氏模量。因此,low-entanglement UHMWPE粒子可以被视为一个理想的增强填料对茂金属聚烯烃含有聚乙烯段拓宽其应用领域。增强的关键是通过有效的聚乙烯界面相互扩散段形成纠缠。这项研究提供了一个参考设计UHMWPE-reinforcing聚合物。例如,聚乙烯段预计将引入矩阵通过共聚或混合,帮助UHMWPE进行更好的增强效果。

数据可用性

的数据支持本研究的发现可以在请求从相应的作者。由于隐私数据没有公开的或道德的限制。

的利益冲突

作者宣称,他们没有利益冲突。

作者的贡献

鑫唐和金亨兴了同样的工作。

确认

提供的资助这项研究的一般程序中国国家自然科学基金(批准号21776141),宁波的自然科学基金重点项目(202003 n4014),国家重点实验室的开放基金会聚烯烃催化(skl - lctp - 201803),和人才项目下的浙江省科学技术协会批准号2018 ycgc014。