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专题论述

淤浆法聚乙烯管材料结晶性能的研究分析

发布时间:2021/2/5 12:07:12 来源:聚烯烃人

摘 要:高等级管材料在塑料管材料的市场中占有重要地位。目前国内外关于性能优异的管材料的研究,取得了很多的研究成果。文章通过对聚乙烯管材料结构和性能系统进行分析,参照管材料,高性能有关技术指导研究成果。对于管材料的分子量分布短支链含量、高分子量长期使用性能等展开分析,通过 对不同等级的管材料结晶行为进行分析,提出淤浆法聚乙烯管材料结晶性能提升到的改进措施。 

关键词:淤浆法;聚乙烯管材料;结晶性能 性能越好的管材料片晶结晶速率越快,在长期使用中要提 升管材料的使用性能,应对于其创新结构,容重接近过程,结构 完善的加以注重,进行高分子量和低分子微观相容性好的管材 料结构性能的提升。 

1 聚乙烯管材料以及催化剂的使用 

关于高性能,由于淤浆法聚乙烯催化剂的使用,当前经过不断的实践发现,催化剂的粒径及分布催化活性竞调敏感性等在密度和堆密度等方面,对于高等级聚乙烯感材料的结构和性能提升具有推动作用。

催化剂一般具有敏感性强的特点,例如性能优化后的催化剂能够在高等级聚乙烯管材的性能提升上发挥重要作用。 

当前经过不断的开发,从20世纪50年代到现代化的聚乙烯管材料专用料生产工艺中,不断地加入共聚单体,使得分子链上含有的短支链、结晶度等不断提升性能,提升了产品的耐用性,在加工性能上,技术不断提升,随着人们对催化聚合技术材料结构性能等的研究,完善了催化聚合工艺分子量工艺材料加工条件等,使得管材专用料的发展拥有了广泛的技术全景。

当前我国对于管材专用料的使用,例如引用国际核心技术,经过不断研发,解决了传统的管材料的相应的技术问题,改变了产品不稳定的性能。通过聚合工艺的优化调控,技术参数的改进,在耐慢速裂纹增长时间上不断的缩短,运用管材专用料性能指标进行增长性能的控制,生产线上也加以改进,稳定生产线的同时提高了产品性能,已经具备了拥有自主知识产权的PE管材料的技术和性能。 

2 淤浆法聚乙烯管材料结晶性能影响因素 

2.1 慢速裂纹增长影响因素 

慢速裂纹增长对于PE管材来说是致命的破坏形式。例如 聚乙烯管材中残存的催化剂残渣和铺设过程中产生的划痕,会造成体系的不均匀,局部应力集中等情,结晶区域发生屈服。

随后部分折叠链开始缓慢展开,片经区破碎,因为生成缓慢扩展为宜温区,此时可以观察到高度取向的微观纤维发生了分子的破坏断裂,最终造成了PE管材的脆性破坏。

例如由慢速裂纹增长引起的破坏就导致了PE管材出现了破坏区域。微孔区承载的时间长短与初始缺口长度相关联。这一过程与材料的屈服应力刚性有着很大的关系,纤维体的拉伸导致了形变区的增长和设计材料的屈服现象,在慢速裂纹增长的主力情况下, 出现了片晶区纤维强度的降低的情况。 

2.2 聚乙烯管材料结晶影响因素 

经过研究表明,PE管材料的长期使用性能由无定型区域和结晶共同决定。产品的强度刚度耐化学腐蚀性性能等,经过结构的比较研究后发现性能较好的PE管材料的凝聚态结构以小求精为主,所有的材料在长期使用上要提高性能,可以使用熔体弹性增强的方式,在高超高分子量聚乙烯的使用下改善管材 的熔融弹性和结晶性能。

通过聚乙烯工艺,在反应釜中加入乙烯单体进行氢调,从而产生低分子量的聚乙烯反应物。进入第二个反应釜,使得含有短质量的高分子量聚乙烯能够实现双峰分布,参与结晶的折叠链更长,聚乙烯反应物分子含量增多,长期使用性能大幅度提高。 

3 聚乙烯管材料的力学行为 

3.1 应力应变行为 

在一定应力条件下,聚乙烯管材发生局部应力破坏。如在外力作用下,局部的力学破坏过程应进行研究。

在例如拉升过程中,PE管材的结晶发生了聚乙烯弹性形变,形态会逐渐增大, 到达屈服点左右,使球茎发生变化、试验测区还会出现紧缩,进入大范围的凹型收缩和塑性形变,逐渐转变为各种意象的连续结构。全体缩径的式样完全取决于取向的纤维结构。半结晶聚合物和应变曲线上可以分为拉伸方向45度角的倾斜的剪切, 滑移变形带,逐渐生成对称的细颈。

3.2 紧缩阶段屈服 

扩展至整个适应,应力重新增加直至断裂。从晶体结构角度来看,结晶结构进行求精和片警的破坏之后,半结晶性聚合物受拉伸形变。此时出现转向,结晶区和无定型区的全体分子链被拉伸至断裂。

3.3 拉伸行为 

聚乙烯管材拉伸取向机理是变形行为的关键,在直接观察中很难发现,建立微观结构变形和宏观应力间的相互关系的研究策略。

4 管材料的分子结构和结晶行为 

通过差示扫描量热仪、升温淋洗分级检测仪等测试手段研究淤浆法典型聚乙烯管材料的结晶性能。熔点为131.10℃,结晶度为64.0%,略高于其他两种管材料;在5℃/min降温速率时结晶速率常数最大,半结晶时间最短;升温淋洗分级试验中,可溶物含 量较多。

4.1 管材料的分子结构试验 

采用试验的方法,运用仪器等进行实验,运用平板硫化机程序升温淋洗分级仪等进行分子量结构的研究,使用的为高温凝胶,渗透色谱检验PE的分子量分布。

对于短支链的含量,通过高温核磁碳谱测试获得以缩短持续时间,保证测试效果。使用乙烯丙酮铬,采用样品溶液核磁管密封的方式,观察分子量的分布,对可结晶的聚合物进行分级的技术研究,使样品充分溶解氮气之后,分析出包裹的石英砂表层的低结晶温度。用异丙醇沉淀过滤烘干备用。

通过旋转蒸发仪进行浓缩,在高温凝胶渗透色谱仪的使用下,得出结晶行为,记录一下热流曲线,采用DSC分析对于若转变和复杂转变进行分析,采用热温恒温调制模式,对于加热速率进行记录,获得准确的信息综合考察。

实验条件选择,应保证调制周期内至少有4~5个波数。同时要选择调制振幅的调试周期,进入熔融热流曲线。

经过分析,对分子链结构,包括软质量含量,分子量分布捷径行为的进行性 能差异的原因分析,采用分子量分布曲线的论证方法,发现高分子部分可穿透表层,形成更多的分子,提高材料力学性能,应查找出性能差异的根本原因,短支链含量,造成性能差异。

对分子结构和基本分子形成长期性能的分析,得出短支链含量分析结果。通过分析发现短质量分布对长期性能产生影响。

4.2 片经厚度及其分布 

对于管材料进行片经厚度的影响分析,但质量不能有效的排进去和物晶格。分子链中结晶的亚甲基序列长度进行共聚单体含量的预测,计算出聚合物片晶的厚度,发现管材料的基本热力学参数,双釜双峰,结晶度和熔融温度相似的双釜,双方聚乙烯越高,则聚一些单体含量相对较少,因此常规DSC熔融曲线能够区分出短质量含量和分布对片晶厚度产生的影响。 

片晶体较为完善,随着短质量更多地分布在高分子两部分,管材不可逆,热流占比增加,更多的分子量参与熔融过程,高分子量部分的PE管材料在高温下或遭受外力时能够反产生更完善的片均结构,因此具有较好的SEG性能。结论证明较多的分子量会产生重结晶。对于PE管材的性能提升来说,具有良好的 推动作用。 

5 结语 

淤浆法在聚乙烯管材料结晶性能提升上通过测试手段研究证明是有效的。

在方法运用后,使用的催化剂能显著提高乙烯均聚活性及聚乙烯产品性能,特别是产品的高分子量部分增加后,催化剂得到的均聚、共聚产品的分子量均呈双峰分布,产品的分子量明显向高分子量部分偏移,且铝含量的增加有利于 分子量的增大,聚产品的高分子量部分的短支链含量明显提高,从而为促进聚乙烯产品质量提升、管材料的力学性能提高打下了基础。




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