过氧化二异丙苯交联聚乙烯的制备及研究

摘要

聚乙烯(PE)是五大通用塑料之一,具有优良的电绝缘性、耐低温性、易加工成型和足够的力学性能,以及优异的化学稳定性和介电性能,已被广泛应用于制作薄膜、泡沫制品、管材、电线电缆绝缘料等,其产量和用量居各合成树脂之首。但是PE的熔点低,易蠕变、耐热性较差等,大大限制了它的应用范围,因此对其进行改性一直是PE应用和理论研究的重要课题。对PE进行交联改性可以明显提高PE的拉伸强度、冲击强度、抗蠕变性及耐热性能等,而又几乎不损坏原有的其他性能。本文选择过氧化二异丙苯(DCP)作为交联剂,在低于PE熔点的温度下,采取扩散的方法使DCP均匀扩散进入PE切片内部,并在160℃以上使PE发生交联反应,制备了交联PE。具体来说,主要开展了以下几个方面的工作:
　　1.采用搅拌共混法,在80℃下使DCP扩散进入PE切片内部。通过DSC测试,分析了扩散时间与DCP分解放热量之间的关系。采用菲克扩散模型描述了DCP在PE的扩散过程,揭示了DCP在PE中的扩散过程符合零级扩散方程。
　　2.通过DSC测试方法对DCP在PE切片内部的热分解过程进行研究,应用Arrhenius方程描述了DCP在PE切片内部的热分解反应动力学,确定了DCP在PE中的热分解按一级反应动力学进行,计算了反应动力学参数,频率因子lnA约为35~40,表观活化能E约为150~160KJ/mol。根据等温条件下反应程度与时间的关系,得出可通过调节DCP组分含量及温度范围控制DCP交联PE反应的方法。
　　3.采用DSC测试方法对交联PE的非等温结晶行为和结晶动力学进行了研究。结果表明,交联PE的结晶温度明显降低,Avrami指数n介于3.2~4.2之间,说明纯PE和交联PE的结晶过程可能同时存在均相成核和异相成核,并且随着DCP含量的增加而增加,交联PE的结晶速率常数Z_c明显大于纯PE,与n呈相同变化趋势。
　　4.DCP交联反应在PE分子链之间形成了化学交联点,对PE及交联PE进行DMA测试的结果表明,DCP的交联作用使交联PE的储能模量有所提高,样品的α松弛峰移向低温,并且峰形变宽,说明PE晶相中的运动单元趋于多元化,晶体结构的规整性受到破坏。DSC测试表明,经DCP交联后的PE样品的熔点和熔融热呈有规律的降低,说明DCP的交联阻碍了PE大分子链有序堆切,使结晶程度降低。

目录

摘要

ABSTRACT

第一章 绪论

1.1 聚乙烯及交联聚乙烯简介

1.2 PE的交联方法

1.2.1 辐射交联法

1.2.2 硅烷交联法

1.2.3 紫外光交联法

1.2.4 过氧化物交联法

1.3 过氧化物交联PE的研究进展

1.4 本课题研究的意义及内容

参考文献

第二章 DCP在PE切片中的扩散动力学研究

2.1 引言

2.2 实验方法

2.2.1 原材料

2.2.2 样品的制备

2.2.3 测试和表征

2.3 结果与讨论

2.3.1 DCP在PE内部的扩散过程

2.3.2 DCP/PE共混物DSC分析

2.3.3 扩散动力学研究

2.4 结论

参考文献

第三章 交联聚乙烯的热降解反应动力学研究

3.1 引言

3.2 实验方法

3.2.1 原材料

3.2.2 样品的制备

3.2.3 测试和表征

3.3 结果与讨论

3.3.1 DCP的热分解

3.3.2 热降解反应动力学理论基础

3.4 结论

参考文献

第四章 聚乙烯及交联聚乙烯的非等温结晶动力学研究

4.1 引言

4.2 实验方法

4.2.1 原料

4.2.2 样品制备

4.2.3 测试方法

4.3 结果与讨论

4.3.1 DCP对交联PE结晶行为的影响

4.3.2 PE及交联PE非等温结晶动力学参数研究

4.4 结论

参考文献

第五章 交联聚乙烯的热性能表征

5.1 引言

5.2 实验方法

5.2.1 原材料及样品制备

5.2.2 测试和表征

5.3 结果与讨论

5.3.1 PE及交联PE动态力学性能

5.3.2 PE及交联PE热性能

5.4 结论

参考文献

第六章 结论

硕士研究生在学期间发表学术论文目录

致谢