高密度聚乙烯的填充改性技术
基于聚乙烯力学性能优化的改性方法浅析
基于聚乙烯力学性能优化的改性方法浅析（一）填充改性法
填充改性法是通过向聚乙烯中添加填充剂来改善其力学性能。
常用的
填充剂包括颗粒状填料如碳酸钙、氧化铝等以及纤维状填料如玻璃纤维、
碳纤维等。
填充剂的添加可以增加聚乙烯的强度、刚度和耐热性，并改善
其抗冲击性能。
填充剂的选择要考虑到聚乙烯与填充剂的相容性以及填充
剂的表面处理情况。
（二）增容改性法
增容改性法是通过向聚乙烯中添加增容剂来提高其力学性能。
常用的
增容剂有改性聚乙烯、弹性体、共混物等。
增容剂的添加可以提高聚乙烯
的强度、韧性和耐磨性。
增容剂的选择要考虑到与聚乙烯的相容性以及增
容剂的颗粒大小和分布。
（三）改性工艺优化
改性工艺优化是通过改变聚乙烯的加工工艺来改善其力学性能。
常用
的改性工艺包括共混、增容共混、再结晶等。
共混是将不同类型的聚合物
均匀混合，形成共混物。
增容共混是向聚合物中添加增容剂，并进行共混。
再结晶是通过控制冷却速度和结晶温度来改变聚乙烯的结晶结构，从而影
响其力学性能。
总结起来，基于聚乙烯力学性能优化的改性方法包括填充改性法、增
容改性法和改性工艺优化。
这些方法可以提高聚乙烯的强度、刚度、韧性
和耐热性，并改善其抗冲击性能。
在实际应用中，应根据具体的要求选择
适当的改性方法，并考虑到聚乙烯与添加剂或改性工艺的相容性，以及添
加剂的颗粒大小和分布等因素。
HDPE的增韧改性机理
㈡刚性粒子增韧
进一步的研究表明，如果在体系中加非反应性助偶联剂，-改性石蜡（NR) ，NR会与各种偶联剂的长链末端通过分子间力的作用产生良好的相容性， 使NR倾向于分布在碳酸钙与HDPE基体之间的界面处，从而使NR取代偶联 剂与HDPE基体发生作用，形成一种新的相界面，由于这两相界面的形成， 一方面改善了碳酸钙与HDPE之间的界面粘结状态，另一方面增大了碳酸钙 与HDPE间力学作用层的厚度，使材料在保持较好的综合性能的同时，冲击 韧性得到大幅度提高。（改性通常是将蜡进行化学改性，改变其理化性质。 由于引进了极性基团，蜡的表面性质发生了变化，其乳化胜、溶解性、阻燃性、
㈠弹性体和/或韧性好模量低的树脂增韧
研究表明，HDPE／NBR共混物的冲击断面呈平行排列的 丝状结构，可认为是试样断裂时银纹扩展为裂纹留下的痕迹， NBR以微细结构分散于HDPE中，当受力后能引发大量银纹， 使共混物显示高的冲击性能。
1.2HDPE与韧性好模量低的树脂共混 HDPE/LLDPE(线型低密度聚乙烯)、HDPE/CPE(氯化聚 乙烯)、HDPE/EVA(乙烯一醋酸乙烯共聚物) 、 HDPE/mPE(茂金属聚乙烯)、HDPE/PVA(聚乙烯醇)短纤维 共混体系等。
HDPE增韧改性尚待解决的问题
用弹性体增韧：其一，HDPE是一类非极性结晶性聚合物，通常情况下易形
成结晶聚合物，与弹性体的相容性差，相界面结合力小，易发生界面脱粘;其二弹 性体作为分散相，未适度交联，外力作用下易发生分子间滑脱而产生“空化”;其 三，欲呈现高的冲击强度，必须加大弹性体的质量分数，使增韧HDPE中刚性低的 成分太多。
采用刚性粒子增韧或者弹性体与刚性粒子并用增韧，刚性下 降的幅度不大，甚至有的会有所提高，但是存在如下不足: 其一，一般要求HDPE本身的韧性就要好，如50005型;其二， 增韧的效果不太明显，韧性提高的幅度不太大;其三，也有 一些增韧体系能使HDPE的韧性大幅度提高，但同时也使刚 性显著降低了。其四，使增韧HDPE的密度增大。
聚乙烯的改性研究
交联聚乙烯 （CLPE ）
采用辐射法（X射线、电子射线或紫外线照射等）或 化学法（过氧化物或有机硅交联）使线型聚乙烯成为 网状或体型的交联聚乙烯。PE 的辐射交联反应为自由 基链式反应, 反应过程可分为三 步: (1) PE 高分子链在 辐照作用下生成初级自由基和活泼氢原子; (2) 活泼氢 原子可继续攻击PE, 再生成自由基; (3) 大分子链自由
但是它有一致命缺点: 对于环境应力(尤其是化学和机械作 用) 很敏感，耐热老化性差。
聚乙烯的改性品种
主要包括: 氯磺化聚乙烯 交联聚乙烯 共混改性聚乙烯
氯磺化聚乙烯（CSM）
氯磺化聚乙烯是美国杜邦公司首先实现工业化生
产的。氯磺化聚乙烯由低密度聚乙烯或高密度聚 乙烯经过氯化和氯磺化反应制得。
氯磺化聚交联法 : 在实验室试验时，主要用γ射线。工业上，
常用大型电子加速器产生的电子束来使 聚合物发生交联。辐射交联主要是使用 高能射线打断PE中C 一C 键和C 一H 键 所产生的自由基来引发交联的。
在进行交联反应时，需要加入增敏剂和敏 化剂。增敏剂一般为多官能团单体, 可增 大交联反应的比例；敏化剂一般为活泼 小分子, 作用为加速辐射交联反应。常用
瞬间短路温度/℃
－
软化温度/℃
105－115
体积电阻率
10（17)
介电强度
20-35
耐候性
差
耐老化性
一般
耐油性
一般
低温脆化性
一般
交联聚乙烯 0.92 90 250
10（17） 35－50 一般 优良 优良 优良
交联聚乙烯的生 产
绝 缘 电 缆
交 联 聚 乙 烯
共混改性聚乙烯
聚乙烯的改性方法
聚乙烯的改性方法聚乙烯（PE）树脂是以乙烯单体聚合而成的聚合物。
聚乙烯的分子是长链线形结构或支链结构，为典型的结晶聚合物。
在固体状态下，结晶部分与无定形部分共存。
结晶度视加工条件和原处理条件而异，一般情况下，密度越高结晶度就越大。
LDPE结晶度通常为55%～65%，HDPE结晶度为80%～90%。
PE具有优良的机械加工性能，但其表面呈惰性和非极性，造成印刷性、染色性、亲水性、粘合性、抗静电性能及与其他极性聚合物和无机填料的相容性较差，而且其耐磨性、耐化学药品性、耐环境应力开裂性及耐热等性能不佳，限制了其应用范围。
通过改性来提高其性能，扩大其应用领域。
1.接技改性接枝聚合物几乎不改变取乙烯骨架结构，同时又将具有各种功能的极性单体接枝到PE主链上，既保持了PE原有特性，又增加了新的功能，是一种简单而行之有效的PE极性功能化方法。
接枝反应实施方法主要有溶液法、溶融法、固相法以及辐射接枝法等。
（1）溶液法使用甲苯、二甲苯、氯苯等作为反应介质在液相中进行。
PE、单体、引发剂全部溶解在反应介质中，体系为均相，介质的极性和对单体的链转移常数对接枝反应影响很大。
（2）固相法将PE粉末直接与单体、引发剂、界面活性剂等接触反应。
与传统实施方法相比，固相法具有反应温度适宜、常压、基本保持聚合物固有物性，无需回收溶剂，后处理简单，高效节能等优点。
（3）熔融法在熔融状态下，通过引发剂热分解产生自由基，从而引发大分子链产生自由基，在接枝单体的存在下发生自由基共聚反应，然后在聚合物大分子链上接枝侧链。
（4）辐射接枝法辐射接枝表面改性包括γ射线、β射线、电子束等辐照方法，其原理是利用聚合物被辐照后产生游离基，游离基再与其它单体生成接枝聚合反应，而达到表面改性的目的。
辐射接枝改性主法有：共辐照法、预辐照法、过氧化物法。
2.交联改性交联改性使PE的物理力学强度大大提高，并显著改善其耐环境应力开裂性、耐腐蚀性、抗蠕变性及耐候性，从而拓宽了其应用范围。
聚乙烯材料的特点分析及几种改性方法的介绍
聚乙烯材料的特点分析及几种改性方法的介绍聚乙烯材料的特点分析及几种改性方法的介绍当今世界是材料的世界，任何行业任何领域的工作都要用到材料。
什么是材料呢？课本告诉我们具有满足指定工作条件下使用要求的形态和物理性状的物质称为材料。
材料的分类有很多种，最为广泛应用的是按化学组成分类，它把材料分为金属材料、无机材料和有机（高分子材料）材料三类。
今天我们主要讨论有机材料即高分子材料。
高分子材料（macromolecular material），以高分子化合物为基础的材料。
高分子材料是由相对分子质量较高的化合物构成的材料，包括橡胶、塑料、纤维、涂料、胶黏剂和高分子基复合材料，高分子是生命存在的形式。
所有的生命体都可以看作是高分子的集合。
高分子材料按来源分为天然、半合成（改性天然高分子材料）和合成高分子材料。
天然高分子是生命起源和进化的基础。
人类社会一开始就利用天然高分子材料作为生活资料和生产资料，并掌握了其加工技术。
如利用蚕丝、棉、毛织成织物，用木材、棉、麻造纸等。
19世纪30年代末期，进入天然高分子化学改性阶段，出现半合成高分子材料。
1907年出现合成高分子酚醛树脂，标志着人类应用合成高分子材料的开始。
现代，高分子材料已与金属材料、无机非金属材料相同，成为科学技术、经济建设中的重要材料。
生产和科学技术的发展不断对材料提出了各种各样的新的要求。
高分子材料科学顺应着这些要求不断向高性能化、高功能化、复合化、精细化和智能化方向发展。
高分子材料科学的发展历程可以简单分为三个阶段。
第一阶段是天然高分子的利用与加工，第二阶段为天然高分子材料的改性和加工工艺，人们已不满足于简单的天然高分子的功能，改性成为一个重点的研究课题，这一阶段，最具有代表性的是19世纪中叶，德国人用硝酸溶解纤维素，然后纺织成丝或制成膜，并利用其易燃的特性制成炸药，但是硝化纤维素难于加工成型，因此人们在其中加入樟脑，使其易于加工成型，做成了称为“赛璐珞”的塑料材料。
聚乙烯的改性分析
聚乙烯的改性分析聚乙烯是一种常见的聚合物材料，具有良好的物理性能和化学稳定性。
然而，由于其具有低表面能、低粘附性和低分子量的特点，其应用范围受到一定限制。
为了改善聚乙烯的性能，常常进行改性处理。
聚乙烯的改性分析包括改性方法、改性效果以及应用领域等方面。
物理改性是指利用外加能量或机械手段对聚乙烯进行改性，以改变其结构和性能。
常用的物理改性方法包括高温处理、辐射交联和填充剂增强等。
高温处理可以通过在一定温度下对聚乙烯进行加热处理，使其分子发生热运动，进而改变其结晶性能和热稳定性。
辐射交联是指利用辐射源对聚乙烯进行照射处理，使其分子发生交联反应，提高其力学性能和耐热性能。
填充剂增强是指向聚乙烯中加入一定比例的填充剂，如纤维、颗粒或片状物质，以改变其物理性能和力学性能。
化学改性是指通过在聚乙烯分子中引入新的基团或改变其分子链结构，从而改变其性能。
常见的化学改性方法包括共聚改性、交联改性和接枝改性等。
共聚改性是指将聚乙烯与其他单体进行共聚反应，形成共聚物，以改变聚乙烯的性能。
交联改性是通过在聚乙烯分子链上引入交联结构，提高其热稳定性、力学性能和耐化学性能。
接枝改性是指将聚乙烯表面进行化学处理，引入新的基团，以提高其润湿性和粘附性。
改性后的聚乙烯具有改善的性能，广泛应用于各个领域。
改性后的高温处理聚乙烯常用于制备高温管道、电缆绝缘材料和汽车部件等。
辐射交联聚乙烯常用于制备电线电缆、电力设备和电子元件等。
填充剂增强聚乙烯常用于制备复合材料、塑料制品和建筑材料等。
共聚改性聚乙烯常用于制备聚乙烯共聚物、包装材料和纺织品等。
交联改性聚乙烯常用于制备高强度管材、电线电缆和塑料制品等。
接枝改性聚乙烯常用于制备粘合剂、涂料和封装材料等。
综上所述，聚乙烯的改性分析涉及改性方法、改性效果和应用领域等方面。
通过物理改性和化学改性可以改变聚乙烯的结构和性能，从而满足不同领域的需求。
聚乙烯的改性具有广泛的应用前景，可以应用于电子、建筑、包装等多个领域。
超高分子量聚乙烯改性
超高分子量聚乙烯（HUMWPE）是一种线性结构的具有优异综合性能的热塑性工程塑料，具有其它工程塑料所无法比拟的抗冲击性、耐磨损性、耐化学腐蚀性、耐低温性、耐应力开裂、抗粘附能力、优良的电绝缘性、安全卫生及自身润滑性等性能，可以代替碳钢、不锈钢、青铜等材料，在纺织、采矿、化工、包装、机械、建筑、电气、医疗、体育等领域具有广泛的应用。
虽然UHMWPE具有许多优异的特性，但也有许多不足，如其熔融指数（接近于零）极低，熔点高（90-210°C）、粘度大、流动性差而极难加工成型,另外与其他工程塑料相比，具有表面，硬度低和热变形温度低、弯曲强度和蠕变性能较差，抗磨粒磨损能力差、强度低等缺点，影响了其使用效果和应用范围。
为了克服UHMWPE的这些缺点，弥补这些不足，使其在条件要求较高的某些场所得到应用，需要对其进行改性。
目前，常用的改性方法有物理改性、化学改性、聚合物填充改性、UHMWPE自增强改性等。
改性的目的是在不影响UHMWPE主要性能的基础上提高其熔体流动性、或针对UHMWPE自身性能的缺陷进行复合改性，如改进熔体流动性、耐热性、抗静电性、阻燃性及表面硬度等，使其能在专用设备上或通用设备上成型加工。
1 物理改性所谓物理改性是指把树脂与其它一种或多种物料通过机械方式进行共混，以达到某种特殊要求，如降低UHMWPE的熔体粘度、缩短加工时间等，它不改变分子构型，但可以赋予材料新的性能。
目前常用的物理改性方法主要有用低熔点、低粘度树脂共混改性、流动剂改性、液晶高分子原位复合材料改性以及填料共混复合改性等。
它是改善UHMWPE熔体流动性最有效、最简便以及最实用的途径。
1.1 用低熔点、低粘度树脂共混改性由于HDPE、LDPE、PP、PA、聚酯、橡胶等都是低熔点、低粘度聚合物，它与UHMWPE混合形成共混体系，当共混体系被加热到熔点以上时，UHMWPE树脂就会悬浮在这些共混剂的液相中，形成可挤出、可注射的悬浮体物料。
滑石粉等填充改性高密度聚乙烯的性能研究
、
李文莲 （１９８１－），女 ，山东德州人 ，湖南工业大学硕士研究 生 ，主要从事无机粉体 的改性及高聚物 的增强增韧研究 ，
Ｅ—ｍａ ｉｌ：ｌｉｗｅｎｌｉａｎｗａｎｇ＠ ｓｉｎａ．ｃｏｒｎ
１２
包 装 学 报
２０１０年
目，广西桂林产品 ；重质碳酸钙 ：２５００目，广西 桂林 产品；硅烷偶联剂 ：牌号 ＫＨ５５０，安徽天长市产品；无 水乙醇 ：分析纯 ，天津市产品 ；硬脂酸钠 ：分析纯 ，天 津产 品 ；硬脂 酸 ：分析 纯 ，上海产 品 。 １．２ 仪 器 及 设 备
摘 要 ：利 用无机 组 合粒子 的协 同效应 对 ＨＤＰＥ进 行 增强增 韧改性 ，以滑石粉 、碳 酸钙 ２种 典型 的具有不
同形状 特征 的无机粉 体和 ＨＤＰＥ树 脂为 对 象体 系进行 共 复合 研 究。结 果表 明 ，共复合 体 系可以 同时发挥 ２种具
有 不 同形状 的无机 粉 体 的优 势 ，具有 较 高 的拉 伸 强 度和较 好 的 冲击韧 性 。
２．Ｚｈｕｚｈｏｕ Ｒｏｎｇｃｈａｎｇ Ｐａｃｋａｇｅ Ｃｏｍｐａｎ ｙ Ｌｉｍｉｔｅｄ，Ｚｈｕｚｈｏｕ Ｈｕｎａｎ ４１２００５，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａ ｎｅｗ ｍ ｅｔｈｏｄ ｏｆ ｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｉｎｇ ａｎｄ ｔｏｕｇｈｅｎｉ ｎｇ ＨＤＰＥ ｗ ａｓ ｓｔｕｄｉｅｄ．Ｔｗｏ ｔｙｐｉｃａｌ ｉｎｏｒｇａｎｉｃ ｐａｒｔｉｃｌｅｓ，ｔａｌｃ ａｎｄ ＣａＣＯ ｗｅｒｅ ｕｓｅｄ ａｓ ｆｉｌｌｅｒｓ ｔｏ ＨＤＰＥ ｍ ａｔｒｉｘ，ａｎ ｄ ｔｈｅ ＣＯ—ｃｏｍ ｐｏｓｉ￣ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｉｎｏｒｇａｎｉｃ ｐａｒｔｉｃｌｅｓ ｗｅｒｅ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｉｎｄｉｃａｔｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ＣＯ—ｃｏｍ ｐｏｓｉｔｅ ｍ ｅｔｈｏｄ ｈａｓ ａｄｖａｎｔａｇｅｓ ｉｎ ｓｅｖｅｒａｌ ａｓｐｅｃｔｓ：ｉｎ ｖｉｒｔｕｅ ｏｆ ｔｈｅ ｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｉｎｇ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ａｃｔｉｖｅ ｐａｒｔｉｃｌｅｓ，ｔｈｅ ｓｈａｒｐｌｙ ｄｅｃｒｅａｓｉｎｇ ｔｅｎｄｅｎｃｙ ｏｆ ｍ ａｔｅｒｉａｌ ｔｏｕｇｈｎｅｓｓ ｉｎｄｕｃｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｗｅａｋ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ ａｌｏｎｇ ｉｎａｃｔｉｖｅ ｐａｒｔｉｃｌｅｓ ａｎ ｄ ｔｈ ｅ ｍａｔｒｉｘ ｃｏｕｌｄ ｂｅ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ ａｍ ｅｎｄｅｄ，ｔｈｅ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ａｎｄ ｔｏｕｇｈｎｅｓｓ ｏｆ ｔｈ ｅ ｃｏ－ｃｏｍ ｐｏｓｉｔｅ ｍ ａｔｅｒｉａｌｓ ｃｏｕｌｄ ｂｅ ｓｉｍ ｕｌｔａｎｅｏｕｓｌｙ ｃｏｎｔ ｒｏｌｌｅｄ ａｔ ａ ｈｉｇｈｅｒ ｌｅｖｅｌ ｂｙ ｃｏｍ ｂｉｎｉｎｇ ｔｈ ｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｔｗｏ ｄｉｆｅｒｅｎｔ ｉｎｏｒｇａｎｉ ｃ ｐａｒｔｉｃｌｅｓ．
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在加工塑料制品时，适当的加入各种不同的填充剂，不但可以提高塑料制品的刚度和硬度，同时也可以大幅度的降低原料成本。
单就降低成本这点出发，对许多附加值低的产品来说，就值得作深入的研究。
就近几年来塑料制品加工厂填充改性的普遍情况来看，技术层次普遍较低。
往往在产品成本上有较大降低的同时，产品质量随着也下降较多，难以达到用户的要求，这可能主要是对材料、产品、以及性能价格比没有作比较深入研究造成的。
从技术上来看，材料的填充改性仍有许多可以突破的地方。
目前塑料制品厂家应用较多的是以碳酸钙粉体为主体的填充母料，将填充母料按一定比例混人后即可制成产品。
由于生产这类填充母料时普遍采用的是低分子量的聚乙烯为树脂载体，因此，当填充母料加人量较大时（20％以上），对融体强度会造成较大的损坏，从而导致产品质量下降，如冲击强度的下降和制品壁厚不均匀的现象发生，形成生产中长久难以解决的技术难题。
如何在材料中加大低成本填充母料比例的同时，又尽量使产品的机械综合性能不致于发生太大的变化和反而有所提高，大致可以从以下几方面去想办法解决问题。
①采用特细的碳酸钙粉末作为填充母料的主体。
由于粉末的进一步
细化，有利于它们在树脂中共混分散，从而对材料的性能有较大的改进。
但是随着粉末细度的提高，它本身的生产成本也就会相应提高，对以降低成本为主的制品则不太合算。
②采用改进主体材料的配方。
由于材料中加人了具有低熔融温度的
填充母料，材料中的综合熔体指数会有较大的上升，从而造成产品生产过程中熔体强度下降，制品壁厚不均匀的现象发生。
基于这类情况，可以通过改进主体材料的办法来调整综合熔体指数。
在原来的材料中加入一定比例的较低熔体指数PE，较高分子量的原料对于改善这一状况可以取得较为明显的效果。
由于不同分子量的原料在市场上价格相差不大，对于提高产品质量和降低成本均会有较大的作用。
③在改进主体材料配方的同时，加入少量的聚乙烯接枝物（南京塑
泰有马来酸酐接枝聚乙烯）。
为了进一步改善填充母料在材料中的熔混状态和提高填充母料的亲和力，在改善原材料主体配方的同时，可以加入少量的聚乙烯接枝物。
随着聚乙烯接枝物加入量的上升，熔体强度，材料的机械性能，尤其是材料的韧性会有较大的提高。
聚乙烯接枝物的工厂实用制配方法在下面的文章有较为详细的介绍。
④对从市场购进的填充母料进行进一步的改性处理。
对于小厂来说，这一方法具有较强的操作性。
将购进的填充母料加入到高速混合机中，先高速运转，让它产生一定的温升，适当的加入一些液体石蜡和铝酸脂等改性剂，高速运行几分钟到十几分钟，使加入的改性剂在填充母料中充分混合，然后加入到主料之内再充分混合。
对于这样处理后的配方，虽然成本上有一定的上升，但是产品质量会有较好的改进。