HDPE注塑制品环境应力开裂行为研究

摘要

高密度聚乙烯(High Density Polyethylene，HDPE)是一种结晶性热塑性树脂，它被广泛应用于军事、汽车制造、电子电器、电缆护套、管道等领域。对HDPE来说，耐环境应力开裂性(Envionmental stress cracking resistance，ESCR)是一个很重要的性能要求。研究HDPE注塑制品的环境应力开裂(Environmental stress cracking，ESC)行为，可以为预测并改善制品的ESCR提供理论指导及实验依据，具有重要的学术意义和应用价值。
　　 本文针对HDPE注塑制品在溶剂作用下的环境应力开裂行为，围绕聚合物加工工艺-微结构-ESC行为关系，考察了熔体温度、保压压力、冷却时间、注射速度等注塑成型工艺对HDPE制品ESCR性能的影响;初步探讨了不同实验方法下HDPE注塑制品的ESC行为。主要工作包括:
　　 1、采用弯曲试片法研究了在OP-10溶剂作用下的HDPE注塑制品ESC行为，得到各成型工艺下HDPE制品的开裂时间，结合成型微结构分析，研究了工艺条件对制品ESCR的影响。通过结晶度的DSC表征，初步探讨了结晶度和ESCR之间的关系，结合成型工艺对取向等微结构的影响，分析了不同成型工艺下HDPE制品的ESCR变化规律，其中，较长的冷却时间和低的保压压力有利于提高制品的ESCR性能。另外，通过观察试样裂纹位置和形态可知，裂纹多位于试样中部区域。这是因为在弯曲试片法中，试样弯曲成180°，试样中部区域变形接近甚至已经超过其屈服点;裂口表面光滑、无冷拉现象，说明HDPE制品的ESC为脆性开裂;而且试样裂口之间的网状物越多，其开裂时间越长。
　　 2、采用溶剂浸渍法和恒定应变四点弯曲方法研究了HDPE注塑制品的ESC行为。发现采用溶剂直接浸渍时，尽管有机溶剂环己烷和表面活性剂OP-10对HDPE来说都是较强的溶剂，但在实验设定时间内并未出现开裂，这可能是由于(i)HDPE注塑制品内部的残余应力较小，(ii)HDPE是半结晶材料，制品结晶区抵抗其ESC行为，在较低应力下开裂所需要时间可能较长。另外，在自制的恒定应变四点弯曲装置实验条件下，试样也未开裂，这是因为HDPE作为一种高模量的柔性材料，其发生ESC所需的应变比较大，试样最大加载位移量尚不足以达到其发生ESC的临界应变。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 引言

1．2 环境应力开裂概述

1．2．1 环境应力开裂简介及其影响因素

1．2．2 环境应力开裂机理

1．2．3 环境应力开裂的实验方法

1．2．4 环境应力开裂研究进展

1．3 注塑制品残余应力和结晶度概述

1．4 本论文主要工作

2 HDPE注塑制品耐环境应力开裂性的影响因素研究

2．1 实验部分

2．1．1 注塑实验

2．1．2 示差扫描量热法(DSC)测定HDPE试样的结晶度

2．1．3 弯曲试片法

2．1．4 偏光显微镜观察裂纹

2．2 结果与讨论

2．2．1 弯曲试片法测试HDPE注塑制品ESC结果

2．2．2 偏光显微镜观察裂纹的结果与讨论

2．2．3 结晶度和ESCR性能之间的关系

2．2．4 成型工艺对ESCR性能的影响

2．3 本章小结

3 不同试验方法下HDPE注塑制品环境应力开裂行为

3．1 实验部分

3．1．1 溶剂浸泡实验

3．1．2 恒定应变下四点弯曲试验

3．2 结果与讨论

3．2．1 溶剂浸渍实验结果与讨论

3．2．2 恒定应变四点弯曲试验结果与分析

3．3 本章小结

4 总结与展望

4．1 总结

4．2 展望

参考文献

致谢