聚乙烯PE100级材料共混改性材料用于孔网钢带复合管

聚乙烯PE100级材料共混改性材料用于孔网钢带复合管

孟建军

新疆进疆高科塑胶管业有限公司

摘要：高分子量聚乙烯（ＵＨＭＷＰＥ）纤维因具有诸多优异性能，如高拉伸强度、低密度、高抗冲击性和出色的耐化学性等，使其在子弹头材料，航空航天材料，生物医学材料，捕鱼材料等方面广泛应。在凝胶纺丝生产中超高分子量聚乙烯分子链得到完全延伸和排列，具有极高的结晶度和非常高的大分子取向性，使得纤维具有非常高的强度和模量。然而其聚合物分子链中亚甲基结构导致的惰性化学表面使其与聚合物基体之间相容性差。同时，高取向度的ＵＨＭＷＰＥ纤维结晶度高，不易被聚合物基体渗透且浸润性较差，从而限制了其复合材料的广泛应用。众所周知，复合材料的综合性能是由增强体、基体与界面共同决定的。增强体在复合材料承载中占主导地位，基体将增强体粘结在一起，并赋予材料一定的刚性和特定的几何形状，界面则是将载荷均匀而有效地由基体传至增强体，并且有效地阻挡裂纹的扩展。

关键词：聚乙烯PE100级材料；共混改性材料；孔网钢带复合管

引言

近些年来，研究人员常常把注意力集中于提高混凝土强度以及延长混凝土结构使用年限方面。对普通混凝土抗渗性也展开了大量的研究工作，可以在混凝土中加入橡胶、纤维等材料，弥补普通混凝土的抗渗缺陷。选用16～40目橡胶粉进行4种掺量的配比设计，开展橡胶混凝土的抗渗试验研究，并指出橡胶粉掺入混凝土对内部孔隙有填充作用，橡胶混凝土毛细孔隙率相对越低，且橡胶粉粒径越小填充效果越好，抗渗性较好，橡胶粉的最佳粒径为20目和40目。在连续干湿循环和氯离子溶液下，通过实验发现，在腐蚀性环境中细橡胶骨料掺入混凝土后其耐久性更好。

1材料与方法

1.1材料与设备

本试验用材料为：超细硅酸盐水泥（浙江杭州，K800）；超细石英砂（安徽凤阳，纯度大于99%）；聚羧酸减水剂（河北邯郸，工业级）；硫铝酸盐膨胀剂（山东济南，工业级）；羟丙基甲基纤维素醚（河北邯郸，工业级）；消泡剂（山东泰安，工业级）；碳纳米管（河北廊坊，10~20nm）；聚乙烯吡咯烷酮K30（PVP）（山东济南，分析纯）。本试验用主要仪器为：恒温磁力搅拌器（佛衡仪器，SH-Ⅱ-4C）；超声分散器（舜玛仪器，SM650C）；水泥胶砂搅拌机（宏信建议，JJ-5）；水泥胶砂抗折试验机（精威仪器；TYE-300D）；全自动压力试验机（美特斯仪器，YAW-2000B）；场发射扫描电子显微镜（美国FEI公司，Quanta650FEG）；X射线衍射仪（荷兰帕纳科公司，EMPYREAN型）；综合热分析仪（TA公司，SDTQ600）。

1.2材料表征分析方法

采用ASAP2020型比表面积与孔隙度分析仪(美国Micromeritics)表征材料的孔隙结构变化,在77K下测得样品的N2吸附/脱附等温线,并基于Brunauer-Emmett-Teller(BET)模型和DensityFunctionalTheory(DFT)模型分别计算样品的比表面积和孔径分布,通过相对压力P/P0=0.99时的N2吸附量计算得到总孔体积.采用TGA/DSC2STARe型热重分析仪(瑞士MettlerToledo)对材料进行热重分析,测试温度范围为30~900℃,升温速率为10°C/min.采用NicoletiS50型傅里叶变换红外光谱仪(美国ThermoFisher)通过ATR模块测试材料的红外光谱,扫描波数范围为4000~400cm-1,扫描次数为64次,分辨率为4cm-1.

1.3红外测试

称取适量过早交联料块放入直径为25mm、厚度为1mm的模具中，将模具置于平板硫化机，控制平板温度为120℃，将过早交联料块压制成片。使用傅里叶变换红外光谱仪（IRPrestige-21型，日本岛津公司）对过早交联样片交联副产物含量进行测试，透射模式，分辨率为4cm-1，扫描范围为4000～400cm-1。

2结果

碳纤维、涤纶和高强聚乙烯纤维3种不同增强材料的复合管材在承受弯曲载荷时，呈现相同规律的变化曲线，加载前期位移与加载载荷呈线性关系增长；当达到最大载荷值之后，载荷急速下降，材料发生损坏，碳纤维复合管材表现出严重的脆性断裂。碳纤维复合管材出现纤维的断裂、树脂的断裂以及断裂处纤维与树脂的开裂，材料完全失效；而涤纶和高强聚乙烯纤维复合管材，由于纤维本身韧性较高，尤其高强聚乙烯纤维本身优异的抗剪切性能，使得其复合管材的韧性高于碳纤维复合管材，在加载后期只出现树脂的分层和开裂，而没有纤维的断裂损伤。碳纤维复合管材在加载过程中通过以多种破坏的形式对加载能量进行转化吸收，进而提高加载载荷；而涤纶和高强聚乙烯纤维的断裂强度较碳纤维低，所得复合管材韧性较高，刚性较低，加载过程中呈现树脂的开裂和加载区树脂与增强体纤维的分层破坏形式，导致材料整体性破坏而提前失效，降低了承载载荷的最大值。

3讨论

（1）灌浆材料的抗压强度和抗折强度随PVP分散剂浓度变化而变化。在分散剂浓度为0.6%时，养护龄期7d的抗折强度最大，比空白对照组增加14.92%。分散剂对试件抗压强度的增强作用随养护龄期的增加逐渐变小，对养护早期试件作用明显。因此，在进行强度试验时，需要考虑分散剂对基体的作用；（2）对比3种直径的碳纳米管含量对灌浆材料力学性能的影响可知，直径为10~20nm的碳纳米管对灌浆材料的抗压抗折性能皆有明显增强作用。在碳纳米管浓度为0.2%时，灌浆材料的性能最佳。此时抗折强度和抗压强度分别比空白对照组增加了18.27%和21.29%；（3）SEM结果表明，碳纳米管在灌浆基体内起纤维侨联和填充孔隙作用，使得灌浆材料更加密实，进而增加了灌浆基体的力学性能。

结束语

本文对目前ＵＨＭＷＰＥ表面改性的研究进展进行了综述。主要从化学键合和物理机械锁结两方面介绍了界面性能的增强机理以及ＵＨＭＷＰＥ纤维表面改性对复合材料界面性能及复合材料整体性能的影响。传统的表面改性方法如辐射接枝、等离子处理、化学刻蚀等在提高界面性能的同时或多或少都以牺牲纤维固有性能为代价。只有少数研究，特别是ＰＤＡ、单宁酸这样的聚合物涂层在一定程度上保持了纤维的完整性。两种或两种以上改性方法的结合带来了更多的附加属性，但方法的多样性和高昂的成本并不适合大规模生产。不同的应用环境也对ＵＨＭＷＰＥ纤维提出了不同的要求，如耐温性、电磁屏蔽性、耐腐蚀性等，因此ＵＨＭＷＰＥ纤维改性必然会朝着高性能化、多功能化进一步发展。这也对ＵＨＭＷＰＥ纤维表面改性提出了更高的要求。

参考文献

[1]殷万儒,申红望,林治涛,谭洪生,谢邦互.超高分子量聚乙烯的形态对高密度聚乙烯结晶行为的影响[J].高分子材料科学与工程,2020,36(12):76-81.

[2]马金欣,金政伟,李磊,袁炜,刘艳丽.Unipol聚乙烯工艺技术国内开发与应用进展[J].现代塑料加工应用,2020,32(06):56-59.

[3]陶宇,夏艳平,张启蒙,李树白.GO/Mg-Al-LDHs的制备及其对HDPE材料性能的影响[J].现代塑料加工应用,2020,32(06):1-4.

[4]李森林,郭可贵,严波,刘宇舜,何凯.硅烷交联聚乙烯电缆局部热延伸性能研究[J].合成材料老化与应用,2020,49(06):76-79+58..

[5]吴俊,陈俊文.交/直流交联聚乙烯电缆的绝缘介电性能研究[J].合成材料老化与应用,2020,49(06):63-66.