研究混合墙材料的导爆管的世界基督教联合会/ PE-g-MAH

文摘

为了改善普通导爆管的强度和抵抗,硫酸钙胡须(用硅烷偶联剂处理过的世界基督教联合会)和马来酸酐接枝聚乙烯(PE-g-MAH)是用来控制墙材料的导爆管混合的低密度聚乙烯增强。质量分数的影响世界基督教联合会或PE-g-MAH拉伸性能、界面结构、熔融和结晶特点,复合体系的热分解行为进行了研究,和热分解动力学计算。结果表明,相对于纯LDPE, LDPE /世界基督教联合会(85/15)的强度增加了7.58%,和低密度聚乙烯的强度/世界基督教联合会/ PE-g-MAH(84/15/1)增加了7.58%。的世界基督教联合会或PE-g-MAH逐渐改变了LDPE基体的断裂模式。热分析表明,世界基督教联合会可以减少低密度聚乙烯的结晶度。低密度聚乙烯的熔融和结晶特性/世界基督教联合会/ PE-g-MAH复合材料几乎没有影响,但热分解稳定性提高。动力学分析表明,反应顺序(n世界基督教联合会可以提高LDPE)大约是1 /世界基督教联合会热分解活化能,和PE-g-MAH的热分解活化能增加LDPE /世界基督教联合会/ PE-g-MAH。

1。介绍

普通导爆管具有良好的点火特性。整个爆破网络可以由电火花引起的,它避免了电网的要求启动电流(1,2]。导爆管起爆方法的观察下高速摄像机(3,4),爆破网络的设计和连接方法被广泛研究和应用5- - - - - -8]。普通塑料导爆管的源材料低密度聚乙烯(LDPE),具有良好韧性的特点,容易加工,和广泛的应用范围9- - - - - -13]。随着民用炸药行业的发展,现有的普通导爆管的使用是有限的,和新需求对导爆管的强度和耐热性。

几十年来,人们对导爆管的研究都集中在研究高强度、高精度和支持雷管。研究的核心是延期导爆管的准确性(14- - - - - -16]。也有研究的变色导爆管探索变色性能的元素如铝和氯的导爆管(17,18]。这些研究的目的是为了提高导爆管的强度和耐热性,提高导爆管的使用范围。针对这一点,本文打算利用导爆管的基本材料研究探索的混合改性低密度聚乙烯,准备一个低成本高强度低密度聚乙烯导爆管,并改善了使用塑料导爆管的范围。

硫酸钙胡须(世界基督教联合会)是人工水晶,这是通常用于修改复合材料的强度(19- - - - - -23]。例如,在力学性能的研究CW-enhanced修改,修改后的世界基督教联合会拥有强大的界面结合PVC矩阵(22),世界基督教联合会可以有效改善材料的热稳定性(23]。马来酸酐接枝聚乙烯(PE-g-MAH)是一种增容剂常用于增加注入系统的兼容性,提高矩阵的物理和化学性质(24- - - - - -28]。例如,PE-g-MAH不仅提高了LDPE / ESP复合材料的热稳定性,而且还改善了界面结合(26]。添加PE-g-MAH也提高抗拉强度和杨氏模量的LDPE / NR /码头复合材料(27]。然而,很少有报道LDPE /世界基督教联合会/ PE-g-MAH的混合。本文基于CSW-enhanced强度低密度聚乙烯,力量又增加了通过添加增容剂PE-g-MAH。通过观察横截面形态和融化LDPE /世界基督教联合会/ PE-g-MAH复合材料的结晶性能和分析热重损失,计算和比较了表观活化能基辛格(29日)和卡拉斯科et al。30.,31日为获得),提供了一个参考材料具有高强度和良好的耐热性。

2。实验

2.1。原材料

低密度聚乙烯(1 i2a-1,中国石油化工有限公司,有限公司北京燕山分公司、中国)是一个小球的密度0.92克/厘米³和熔体流动速率(MFR)的2.0克/ 10分钟。世界基督教联合会粉(白色,唐兄弟科技有限公司,武汉,中国)密度为2.69克/厘米³和用来生产出长度直径比为30至70,这是一种晶体的硫酸钙半水化合物0.5 CaSO4·h₂o .硅烷偶联剂KH550、南京曙光化工有限公司,有限公司,分析纯。马来酸酐PE-g-MAH(美国制造(Dow)是一种颗粒的熔体流动速率(MFR) 2.5克/ 10分钟,密度0.95克/厘米³。试剂,如无水乙醇、硅油和液体石蜡的分析品位和商用。

2.2。准备样品

根据文献[32),为了提高界面世界基督教联合会之间的兼容性和低密度聚乙烯,日间的表面改性与KH550。

适量的低密度聚乙烯,日间,PE-g-MAH称重和真空下干燥24小时60°C。高速混合机(SHR-10A、张家港建国机械有限公司)是用于预拌根据比例见表1并受到通过双螺杆挤出机熔融挤出(SHJ-20、南京Jaya有限公司),和水冷造粒,我∼VI温度区域的温度是185°C, 190°C, 195°C, 190°C, 195°C, 185°C,冷却水温度是17°C。新材料再次vacuum-dried 60°C 24 h,然后注射成型(170 - 200°C)在一个垂直的一条注塑机(英尺- 200、丰铁机械有限公司,苏州、中国)(GB / T 1040.2 - -2006, 1 a),标准哑铃类型。

2.3。测量

2.3.1。机械测试

每个样品测定单轴拉伸试验之前。跨长度测试标准哑铃类型的测试是62毫米,长度80毫米,宽度10毫米,厚度是4毫米。进行了单轴拉伸试验根据中国标准GB / T 1040.1 - -2006万能电子试验机(WDW-50、深圳Kaiqiangli有限公司,中国)50毫米/分钟的速度。标距长度(1型)的哑铃状试样是50毫米,和冲击试验进行TCL-25J冲击试验机(Tanhor有限公司、吉林、中国)。冲击试验结果直接给每个样本的冲击能量。弹性模量,断裂伸长率,拉伸强度,和其他的样本值通过一个辅助计算机,和strain-stress曲线综合得到拉伸韧性。所有测试结果都从平均5套样品和在室温下进行。

2.3.2。扫描电子显微镜(SEM)

与更高质量的选择样本,样本被转移到一个包含液氮桶用一根木棍和冷冻20分钟。样品取出,脆性断裂的治疗方法是使用脆性切割机,样本收集,部分不应该感动,和44毫米小块的部分。脆性断裂部分受到了非盟喷雾治疗,然后是横断面形态是由场发射扫描电子显微镜观察(FESEM地产7600 f, JEOL有限公司、日本)。

2.3.3。差示扫描量热计(DSC)

非等温熔化和冷却曲线获得的样本,使用差示扫描量热计(DSC、Q200 TA,美国)。DSC的温度上升和下降速率是10°C /分钟,反应是一个N下进行₂大气浓度的60毫升/分钟。温度从室温到180°C 10分钟,然后降至室温。

2.3.4。热重分析(TGA)

质量损失和质量损失率曲线得到使用热重分析仪(TGA、Q500助教,美国)和温度从室温到700°C。样品的数量在氧化铝坩埚大约15毫克,N₂气氛60毫升/分钟的流量和温度的速度提高10°C /分钟。

3所示。结果和分析

3.1。机械性能

低密度聚乙烯/世界基督教联合会/ PE-g-MAH复合材料的应力-应变曲线如图所示1和其他力学性能如表所示2。的抗拉强度、弹性模量和断裂伸长率的材料对应的强度,刚度和韧性33- - - - - -35]。图1表明,添加日间召开之后,强度和刚度的提高。添加PE-g-MAH之后,强度和刚度增加,但随着PE-g-MAH质量分数的增加,抗拉强度的增加,复合材料的弹性模量更少。世界基督教联合会表明,矩阵的引入断裂失效模式的低密度聚乙烯改变,和重新引入PE-g-MAH LDPE /世界基督教联合会接口的兼容阶段增加和加强85/15/0的断裂失效模式。拉伸韧性计算的方法(36)如表所示2和明显的韧性降低。添加PE-g-MAH增加的抗拉强度和杨氏模量低密度聚乙烯/ NR /码头复合材料,和断裂伸长率的趋势是一致的27]。

LDPE /世界基督教联合会/ PE-g-MAH复合材料的刚度增加了75.93%∼93.79%,也就是说,抵抗弹性变形是有效增强,确保导爆管不受人工压力导致粉脱落和收集。添加15%世界基督教联合会LDPE之后,85/15/0强度增加了7.58% (0.91 MPa),外加PE-g-MAH质量分数为1%,3%,5%,7%,和9%,强度增加了18.90%∼23.14% (2.27∼2.78 MPa)和强度显著增加。不难发现,通过添加只有1% PE-g-MAH, 84/15/1强度可以增加了19.98% (2.4 MPa),导爆管的制备,材料的耐热性和生产成本,还应考虑但PE-g-MAH的添加量不应超过5%。

3.2。微观结构

图2显示了扫描电镜图像的影响的LDPE /世界基督教联合会/ PE-g-MAH液氮的低温脆性断裂后复合材料。可以看出明显的胡须和毛孔离开后的超然世界基督教联合会或PE-g-MAH均匀分布在样品的横截面,并没有明显的集聚。在高倍镜下,85/15/0复合材料和84/15/1 80/15/5复合材料横截面有明显差异。世界基督教联合会和LDPE基体之间的界面非常紧,和接触线表面覆盖着一层树脂坚持,和周围的毛孔分布表现出明显的违规行为。图2 (b)表明,材料的断裂过程是不完全的矩阵,有大面积的接触线接口,并证明打破世界基督教联合会和LDPE的离解世界基督教联合会之间的接口和LDPE除了矩阵的眼泪;它符合85/15/0强度的提高力学性能,如表所示2。PE-g-MAH增加1%,如图表(d)增容剂的存在PE-g-MAH,将减少暴露在截面须接口。结合强度和刚度84/15/1图的性质1和表2此时离解疲软,矩阵撕裂是复合的主要失效模式;它是一致的结论:PE-g-MAH可以改变复合材料的界面结合性能(26]。如图2 (f)的胡须80/15/5部分紧密覆盖的LDPE树脂黏剂、离解和断裂过程实质上没有接口,这是完全的矩阵眼泪。最主要的原因是,除了表面的有机功能化世界基督教联合会的界面偶联剂,具有良好的界面相容性与LDPE矩阵,同时也得益于PE-g-MAH compatibilization,这使得世界基督教联合会之间的接口的兼容性和LDPE完成,这是非常有利于提高复合材料的力学性能。

3.3。融化和结晶

通过力学性能的表征和截面形态、LDPE /世界基督教联合会/ PE-g-MAH比组件的强度得到改善。然而,作为一种重要的材料导爆管墙,耐热性也是一个重要的标准除了实力之外,这也是一个重要的标准。图3显示了DSC加热曲线的低密度聚乙烯/世界基督教联合会/ PE-g-MAH复合材料。根据melt-crystallization焓(ΔH_米23.75 J / g),低密度聚乙烯完全结晶(36),结晶度(X_c)的复合材料和熔化温度峰值温度(T_米LDPE)可以计算如表所示3。的T_米85/15/0有所下降,在此基础上,84/15/1和80/15/5已经改善,但是T_米范围的样品是113.06∼113.88°C,和波动幅度很小。它表明,引入世界基督教联合会或PE-g-MAH几乎没有影响T_米低密度聚乙烯/世界基督教联合会/ PE-g-MAH复合材料。

图4显示了DSC冷却曲线的低密度聚乙烯/世界基督教联合会/ PE-g-MAH复合材料,和结晶峰温度(T_c)如表所示3。的温度T_c在99.06和100.2°C之间,波动幅度也小,影响不大。结晶度的趋势是一致的T_米。结合可能是PE-g-MAH阻碍世界基督教联合会的阻塞效应低密度聚乙烯的结晶,和整体结晶度低密度聚乙烯/世界基督教联合会/ PE-g-MAH增加。一般来说,融化和LDPE /世界基督教联合会/ PE-g-MAH复合材料的结晶性能,日间或对LDPE PE-g-MAH几乎没有影响。然而,没有任何限制低密度聚乙烯的熔融和结晶性质。

3.4。热分解特性

图5显示的TG曲线LDPE /世界基督教联合会/ PE-g-MAH复合,减肥和初始温度(T_o)(5%体重的TG)、600°C减肥剩余质量分数(W_600年),最终减肥残余(Char(%))如表所示4。世界基督教联合会或者PE-g-MAH恒重体重在600°C和更高,因为卡索₄h·0.5₂O在世界基督教联合会分解卡索₄在高温度。此外,T_o85/15/0是降低0.67°C对100/0/0因为H₂分子阿卡索₄h·0.5₂O在日间分解在低温地区。T_o分别85/15/0和80/15/5移动8.16°C和13.81°C的高温区域。这是因为减肥日间温度或PE-g-MAH高于低密度聚乙烯,而提高LDPE /世界基督教联合会/ PE-g-MAH复合耐热性。

图6曲线显示了壳体的LDPE /世界基督教联合会/ PE-g-MAH复合。的最大分解温度T_p的转化率α_p(%),最大分解速率(dα/ dT)_p(% / K)如表所示4。的世界基督教联合会或PE-g-MAH改变了T_p低密度聚乙烯/世界基督教联合会/ PE-g-MAH复合材料壳体的2.64∼13.09°C和减少高温地区(dα/ dT)_p由0.163 - -0.363% / K。α_p下降了3.21∼10.93%,波动显著,表明热分解LDPE /世界基督教联合会/ PE-g-MAH复合材料稳定性提高。考虑到经济成本的增强改性,再加上84/15/1的机械性能,PE-g-MAH应该高于1%,而不是5%,因为80/15/5会增加很多的成本。因为80/15/5的成本将会增加很多,考虑其机械和热性能,它不如84/15/1。

3.5。热分解动力学计算

图7给出了一阶导数曲线的质量损失率低密度聚乙烯/世界基督教联合会/ PE-g-MAH复合材料,反映的趋势²α/ dT²温度(T)。从理论上讲,基辛格(29日)和卡拉斯科et al。30.,31日)首先计算反应顺序(n)和表观活化能E(焦每摩尔)的LDPE /世界基督教联合会/ PE-g-MAH复合材料计算根据以下方程: 在哪里R的气体常数等于8.314 J /(摩尔K), (dα/ dT)_p反应速率的温度吗T_p从壳体曲线,α_p反应转化率的温度吗T_p和TG曲线。

计算上述两种方法的核心在于方法n。基辛格的方法主要是获得年代的峰值比率,年代等于峰1和峰2,年代是一个形状因子,然后呢n按照下列公式计算:

然而,卡拉斯科方法直接获得n根据面积的比值,表示在方程(2): 在哪里(d²α/ dT²)是反应速度的变化率。

根据文献的详细分析,方程的计算方法(4一般不用于获得n(30.,31日,37),因为n该方法计算了变异,所以基辛格和卡拉斯科,执行和相关参数的计算。结果如表所示5:

的范围n获得的基辛格是0.954到1.092,的范围n卡拉斯科获得的是0.917到1.041,总体差异大约是0.5,但整个也波动在1.00。这个错误的来源与计算方法。年代只有相关曲线的峰值,但不相关的长或宽形状曲线的峰值。也就是说,使用年代为n是缺乏的。另一个原因是错误的。它扩大了1.26倍,通常比卡拉斯科方法(37]。

从表5,很容易发现的趋势n改变了基辛格和卡拉斯科的两种方法是不一致的,但最后计算的趋势E是一致的。的世界基督教联合会将减少E低密度聚乙烯,符合一般的材料混合。无机材料日间通常降低了E的复合37]。添加PE-g-MAH造成的E低密度聚乙烯/世界基督教联合会上升,但增加了E是很小的。也许PE-g-MAH是由低分子量和小分子链内部。结合基辛格方法,E85/15/0 234.37焦每摩尔,E84/15/1是239.37焦每摩尔,E80/15/5 246.95焦每摩尔。张成的空间E很小,但与PE-g-MAH添加的数量相比,这也是显而易见的。此外,张成的空间E卡拉斯科计算的方法是由基辛格比方法,但是E100/0/0 266.68焦每摩尔,小于317.66焦每摩尔(基辛格方法),和变异系数(CV)的两个方法是0.0569和0.0524,分别。细微差别的原因是有一个混合的研究三个材料,复合材料性能的波动很大,但它仍然显示,卡拉斯科方法更可靠。

总的说来,E减少低密度聚乙烯/世界基督教联合会/ PE-g-MAH复合材料并不意味着减少热分解的稳定性。因为E被计算为T_p,反应进度α_p不到50%,复合的热分解稳定无法直接判断。然而,添加PE-g-MAH可以增加E,这是有益的E增加了LDPE /世界基督教联合会/ PE-g-MAH复合材料和复合的热分解稳定性增加。

4所示。结论

通过力学性能测试,在低密度聚乙烯中添加15%世界基督教联合会可以增加其强度7.58%,添加少量的增容剂的强度增加LDPE /世界基督教联合会/ PE-g-MAH复合,85/15/1强度是纯LDPE的高出19.98%。它有一个具有积极意义的强度增加导爆管。

通过高倍显微镜下观察,发现断裂的方式改变了。添加15%世界基督教联合会LDPE之后,断裂模式的共存矩阵撕裂和界面分离。与界面添加PE-g-MAH离解有限。PE-g-MAH含量达到5%时,界面的断裂模式只是矩阵骨折。是解释说,LDPE /世界基督教联合会/ PE-g-MAH复合材料的力学性能将显著提高两个阶段。

的世界基督教联合会或PE-g-MAH几乎没有影响的融化和结晶性能复合,但它有一定的改善和热分解稳定T_o85/15/1和80/15/5移动8.16°C和13.81°C,分别对高温区域。世界基督教联合会或PE-g-MAH导致的加法T_p壳体的LDPE /世界基督教联合会/ PE-g-MAH复合转移到高温范围2.64∼13.09°C。(dα/ dT)_p下降了0.163 - -0.363% / K,α_p下降了3.21∼10.93%,波动显著,表明热分解LDPE /世界基督教联合会/ PE-g-MAH复合材料稳定性提高。通过这两种方法的基辛格和卡拉斯科动力学计算,它是证明PE-g-MAH可以增加E复合材料,支持上述结论。

数据可用性

的数据,用于支持本研究的结果可从第一作者在合理的请求。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

确认

本文得到了安徽省教育部重大科研项目(KJ2019A0123)和中国国家自然科学基金(51404006)。

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