Page 117 - 《精细化工》2023年第5期

第 5 期 谭妍妍，等: 高密度聚乙烯/硅烷偶联剂改性硫酸钙晶须复合材料的制备与性能 ·1037·

含量改性 CSW 的 HDPE/CSW 复合材料，取编号为 式中：X c 为结晶度，%；W 为基体 HDPE 在复合材
HDPE/CSW-x%，x%为 CSW 的质量分数，即 10%、 料中的质量分数，%；ΔH 为复合材料在结晶过程
20%、30%、40%、50%。实验过程中双螺杆挤出机 的熔融焓，J/g；ΔH 0 为 HDPE 复合材料结晶度达到
一至八分区温度分别设置为 165、170、180、190、 100%时的熔融焓（287.3 J/g）。
190、190、195、200 ℃，机头温度为 205 ℃，转 TG 分析：通过热重分析仪进行测试，称取样品
速为 320 r/min。将制得的复合材料置于注塑机得到 5~10 mg，在氮气保护，气体流速为 40 mL/min 下，
HDPE/CSW 复合材料力学性能测试样条，制备工艺 以升温速率 10、20、30、40 ℃/min 分别将样品从
的温度区间设置为：射嘴 195 ℃，温区一至四分别 50 ℃上升到 600 ℃，得到 TG-DTG 曲线。
为 185、175、160、155 ℃。为了进行对照实验， 结晶动力学分析：非等温结晶过程中，在任意
另外制备了未加入 CSW 和 KH570 的纯 HDPE 样条， 温度下对应结晶度〔X（T）〕与温度（T）的函数关
即直接将干燥好的 800 g HDPE 进行挤出共混并注 系可按式（3）计算 [16] ：
塑制得力学性能测试样条。  T (dH / d )dTT
1.3 结构表征与性能测试 XT 0 T c （3）
() 
TT
SEM 测试：将不同改性 CSW 含量的 HDPE/  e T (dH c / d )d
CSW 复合材料制备的标准样条进行 2 mm 冲击切口 0 T
式中：X(T)为温度 T 下的结晶度，%；T 0 为结晶起
后置于液氮中 30 min 深冷，随后进行冲击脆断，将
始温度，℃；T 为任意时刻结晶温度，℃；T e 为结晶
复合材料的断面和 HDPE、CSW 喷金处理后，采用
终止温度，℃；H c 为熔融焓，J/g。
扫描电子显微镜进行 SEM 测试。
其中，在结晶过程中，时间（t）与温度（T）关系
XRD 分析：称取相同质量的 HDPE、CSW 以及
如下：
不同改性 CSW 含量的 HDPE/CSW 复合材料粉末放
入石英模具内，利用 X 射线射衍仪在 2θ=5°~110°范 t  T  T （4）
0
围内进行测试，仪器使用 Cu K α 射线，Ni 滤波，工 
作电压为 40 kV，工作电流为 40 mA，使用 LynxEye192 式中：t 为结晶时间，min；β 为温度变化速率，℃/min。
位阵列探测器。 热降解动力学分析：动力学分析有助于研究降
力学性能分析：将样条 90 ℃干燥处理后，采 解机理以及预测聚合物的热稳定性，并通过建立反
用高分 子材 料拉伸 机对 不同改性 CSW 含量 的 应速率、转化程度和温度之间的数学关系来模拟降
HDPE/CSW 复合材料的力学性能进行测试。拉伸性 解过程，结合非等温动力学与 Arrhenius 方程等，热
能根据 GB/T1040.2—2006，以 100 mm/min 的拉伸 分解动力学方程可表示为 [17] ：
速度进行拉伸强度检测。拉伸标准样条为哑铃状， d A  E 

n
 exp    (1  ) （5）
尺寸为 180 mm×10 mm×4 mm。弯曲性能采用 GB/T dT   RT 
9341—2008 进行测试，测试跨距与弯曲速度分别为 式中：α 为失重率，%；A 为指前因子，min ；E 为
–1
64 mm 和 5 mm/min，弯曲标准样条为矩形长条， 活化能，kJ/mol；R 为理想气体常数，R=8.314 J/
尺寸为 80 mm×10 mm×4 mm [14] 。拉伸强度由式（1） （mol·K）；n 为反应级数，量纲为 1。
计算得到： 本文主要采用两种数学模型对样本进行热降解
= / X
SF （1） 动力学分析。
式中：S 为拉伸强度，MPa；F 为标准样条承受最大 Kissinger 方程可在不考虑反应机理的条件下计
2
载荷，N；X 为标准样条的横截面积，cm 。 算活化能（E）和指前因子（A），其方程式见式（6）。
DSC 分析：通过差示扫描量热仪进行测试，称     A R  E
取样品 5~10 mg，在氮气保护，气体流速为 40 mL/min ln  T 2   ln   E    RT （6）
下，以升温速率为 10、15、20、25、30 ℃/min 分别将  P  P
式中：T P 为任意时刻结晶温度，℃。
样品从 50 ℃上升至 250 ℃，恒温 1 min 后消除热
Flynn-Wall-Ozawa 法（简称 FWO 法）计算表观
影响后以相同的速率下降至 50 ℃，随后再以相同
活化能，其方程式如式（7）所示。
升温速率二次升温到 250 ℃，获得不同升温速率下
AE 
E

的结晶峰和熔融峰。材料的结晶度由式（2）计算 ln   lg   R( )   2.315 0.4567 RT （7）
g



得到 [15] ： 式中：g()为关于降解度的函数，衡量聚合物结晶

X c /%   H  W  100 （2） 快慢的物理量； 为降解度。
H 0