笼型倍半硅氧烷交联低密度聚乙烯的熔融制备、结构与性能研究

摘要

低密度聚乙烯(LDPE)作为一类最常用的通用合成树脂，具有优异的综合性能，使其在包装、管道及电线电缆绝缘材料等领域均有广泛的应用。通过交联改性手段可以赋予LDPE交联网络结构，改善其力学性能，提高耐热温度，以满足使用要求。
　　本课题采用一种新方法交联LDPE，即以多官能团八乙烯基笼型倍半硅氧烷(OVPOSS)作为交联剂，在过氧化物(DCP)引发下，使得LDPE交联。由于OVPOSS是一种拥有Si-O-Si无机骨架，并带有有机基团的有机无机杂化材料，八个乙烯基使OVPOSS具有很高的交联效率，故有望在微量DCP引发下，仅需要少量的OVPOSS交联剂便可使LDPE交联，从而减少由过氧化物用量及其分解给交联体系带来的微孔、缺陷及副产物等。
　　用双螺杆挤出机熔融制备DCP母粒和OVPOSS母粒，然后将两种母粒按一定比例与LDPE进行挤出共混，制备得到可交联的LDPE/OVPOSS/DCP复合体系。采用扫描电子显微镜观察体系交联前后OVPOSS在基体中的分散状态及其形态。结果发现，体系未交联时，OVPOSS聚集体在基体中以立方晶粒的形态均匀分布，晶粒尺寸大约在几百纳米到几微米之间;然而，交联反应发生后，OVPOSS破碎成几十纳米的颗粒，均匀的分散在基体中。采用红外和示差扫描量热分析考察了体系交联过程，发现OVPOSS的八个乙烯基相比于LDPE分子链更容易被DCP引发，因而DCP先引发OVPOSS，使其接枝到聚合物分子链上，进而形成交联网络结构。未交联样片在175℃下的流变学测试结果表明，整个交联过程大约在10分钟以内完成，且交联速度与DCP含量相关，而交联程度与OVPOSS含量相关。
　　采用动态流变学的方法考察各体系的凝胶网络的形成及特征。在0.2 phr DCP的引发下，仅仅0.2 wt％的OVPOSS就可以使LDPE体系形成临界凝胶网络;而OVPOSS不存在，仅用DCP交联LDPE时，则需要至少0.8 phr DCP才可形成临界凝胶网络。在0.2 phr DCP的引发下，0.5 wt％ OVPOSS的交联效果与使用2phr DCP的交联效果相近。因此，OVPOSS的加入可降低体系交联助剂的用量，同时大大减少DCP的用量，有助于交联后维持LDPE的优良电绝缘性，从而可探讨其在电线电缆绝缘料领域的潜在应用。
　　采用示差扫描量热分析考察了交联聚乙烯(XLPE)的结晶和熔融性能，同时对于XLPE的力学性能进行了考察。发现交联使无定形区的强度增加，且对结晶度影响不大，因此断裂强度有所增加;而过度交联时，结晶度有较为明显的下降，因而断裂强度有所降低。对XLPE的介电常数的考察结果表明，OVPOSS交联LDPE能保持聚乙烯优异的绝缘性，为DCP引发OVPOSS交联LDPE方法用于电线电缆绝缘料领域的可能性提供实验基础。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 引言

1．2 交联聚乙烯的方法及其机理

1．2．1 聚乙烯的辐照交联

1．2．2 聚乙烯的紫外光交联

1．2．3 聚乙烯的过氧化物交联

1．2．4 硅烷温水交联聚乙烯

1．3 交联聚乙烯的性能与流变学研究

1．4 笼型倍半硅氧烷简介

1．5 POSS改性聚合物的研究现状

1．6 课题的提出及研究内容

2 八乙烯基笼型倍半硅氧烷的合成及其表征

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 实验原料

2．2．2 合成步骤

2．2．3 测试表征

2．3 实验结果与讨论

2．3．1 OVPOSS的结构分析

2．3．2 OVPOSS的晶型结构及热稳定性分析

2．4 小结

3．OVPOSS交联LDPE体系的制备

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 实验原料

3．2．2 样品制备

3．2．3 测试表征

3．3 实验结果与讨论

3．3．1 交联反应前后OVPOSS的相形态

3．3．2 交联反应前后复合体系的结构分析

3．3．3 OVPOSS交联LDPE的机理分析

3．4 小结

4．OVPOSS交联LDPE的流变学性能研究

4．1 引言

4．2 实验部分

4．2．1 实验原料

4．2．2 样品制备

4．2．3 动态流交测试表征

4．3 实验结果与讨论

4．3．1 交联LDPE体系的应变依赖性

4．3．2 交联过程的流交学行为

4．3．3 交联后XLPE的动态流变行为

4．3．4 LDPE／OVPOSS／DCP复合体系交联程度的流交学分析

4．3．5 OVPOSS交联LDPE体系的应力松弛行为

4．4 小结

5．OVPOSS交联LDPE的结晶及熔融性能、力学性能和电性能

5．1 引言

5．2 实验部分

5．2．1 实验原料

5．2．2 样品制备

5．2．3 测试表征

5．3 结果与讨论

5．3．1 OVPOSS交联LDPE的结晶及熔融特性

5．3．2 交联聚乙烯的力学性能

5．3．3 OVPOSS交联LDPE的动态力学性能及介电性能

5．4 小结

6．结论与展望

6．1 结论

6．2 不足与展望

参考文献

硕士期间成果

作者简介