高密度聚乙烯改性材料的断裂行为研究

摘要

本论文主要采用基本断裂功(EWF)方法研究了高密度聚乙烯(HDPE)/硅灰石/聚烯烃弹性体接枝马来酸酐(POE-g-MAH)与高密度聚乙烯(HDPE)/聚碳酸酯(PC)/聚烯烃弹性体接枝马来酸酐(POE-g-MAH)共混材料在低速拉伸作用应力下的断裂破坏行为。讨论了硅灰石和PC含量对复合材料的基本断裂功、塑性功等断裂功参数的影响;对双边缺口拉伸(DENT)试样在低速拉伸断裂过程中的能量耗散进行了合理的分割;将断裂韧性与冲击韧性进行了对比分析;通过扫描电镜(SEM)对HDPE/PC/POE-g-MAH共混物的聚集态结构和断裂形貌进行了观测,并与断裂行为参数的关系进行了比较和分析,从物质微观结构上寻求引起断裂功参数变化的根本原因。
　　HDPE/硅灰石/POE-g-MAH复合材料的断裂行为表明:随硅灰石含量的增加,HDPE/硅灰石/POE-g-MAH复合材料的比基本断裂功we显著增加,比塑性功βwp略有降低;复合材料的比基本断裂功we值主要取决于材料发生屈服后的断裂破坏行为,其比塑性功βwp值也主要由材料屈服后发生塑性变形能力的大小来决定。HDPE/硅灰石/POE-g-MAH复合材料的缺口冲击实验表明:随着硅灰石用量的增加HDPE/硅灰石/POE-g-MAH复合材料的缺口冲击强度有很大程度的降低,将冲击韧性与断裂韧性对比分析发现,缺口冲击强度高的材料比基本断裂功we值却较小。
　　对HDPE/PC/POE-g-MAH共混体系而言,随着聚碳酸酯(PC)含量的增加,HDPE/PC/POE-g-MAH共混材料的拉伸强度逐渐增加,然而其冲击强度值则随PC用量的增加显著降低,熔体流动速率变化不明显;we值随PC用量的增加显著升高,βwp值略有降低,HDPE/PC/POE-g-MAH共混物的断裂韧性以及塑性形变能力都主要取决于材料屈服后的行为;研究了试样厚度对HDPE/PC/POE-g-MAH共混材料断裂行为的影响,结果表明试样的比基本断裂功we随试样厚度的增大而减小,但比塑性功βwp没有太大变化。
　　SEM微观测试表明,HDPE/PC/POE-g-MAH共混物中,PC以球形颗粒分散在基体中。冲击试样的断裂表面粗糙,PC变形后以柱状形态插在基体中或剥落,在断裂表面上留下孔洞,PC粒子起到传递应力和稳定裂纹的作用;在低速拉力作用下,PC粒子变形、取向阻碍了预制裂纹的失稳扩展。

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第1章 绪论

1.1 高密度聚乙烯改性技术的研究现状

1.2 聚合物材料的断裂机理与断裂韧性的意义

1.3 用基本断裂功法研究聚合物的断裂行为

1.4 本论文的研究目的和意义

第2章 HDPE/硅灰石/POE-g-MAH共混体系的性能和断裂行为

2.1 引言

2.2 实验部分

2.3 结果与讨论

2.4 本章小结

第3章 PC改性HDPE复合体系的性能

3.1 引言

3.2 实验部分

3.3 结果与讨论

3.4 本章小结

第4章 HDPE/PC/POE-g-MAH共混体系的断裂性能

4.1 引言

4.2 实验部分

4.3 结果与讨论

4.4 本章小结

第5章 总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表或待发的论文