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理论与研究 杨高峰·高密度聚乙烯 / 碳纳米管复合材料的力学性能研究

高密度聚乙烯 / 碳纳米管复合材料的

力学性能研究

杨高峰
( 榆林化工能源学院，陕西 榆林 718100)

摘要 ： 采用高密度聚乙烯（HDPE) 为主要原料，使用碳纳米管（CNTs) 为增强剂材料，进行聚乙烯 / 碳纳米管纳米复合材料
的配方设计。通过设计不同原料配比的配方进行哈克密炼机混炼、造粒机造粒，再经平板硫化剂压片，最后裁成测试样条，然后
通过使用各项专业仪器设备对各组配方样条的拉伸性能、结晶性能及热性能进行测试，最终得到 HDPE 99.7%，碳纳米管 0.3%
的配方为最优配方。CNTs 使得聚合物的 ΔH f 以及 T m 下降。随着碳纳米管含量的增加，复合材料的 T c 值逐渐上升。含量为 0.3% 时，
材料断面依然有少量平滑区域。PE-CNTs 复合材料晶格数量大致相同，晶格的好坏程度大致相同。当碳纳米管含量为 0.3%（质
量分数）时，复合材料弹性模量最高、刚度最大、拉伸强度最大。
关键词 ： 高密度聚乙烯 ；碳纳米管 ；配方设计 ；结晶性能 ；力学性能
中图分类号 ： TQ325.12 文章编号 ： 1009-797X(2019)04-0001-07
文献标识码 ： B DOI:10.13520/j.cnki.rpte.2019.04.001

高密度聚乙烯（HDPE) 是一种外表呈现乳白色的 中的任意两层之间的距离都是相同的，数量级为纳米
原态，结晶度较高，非极性分子，是一种热塑性塑料。 级别，大约在 0.34 nm，直径也为纳米级别，绝大多
在微薄的截面上呈现一定程度的半透明状，具有优良 数是在 2~20 nm 范围之间 [11~15] 。CNT 大部分是笔直
的耐化学性能，其范围是绝大多数生活和工业用的化 的，局部区域会有凸凹现象，原因是在六边形编织过
学品。HDPE，白色颗粒，无毒、无味、无臭，熔点 程中出现了五边形和七边形。除六边形外，五边形和
大约在 130℃，它的相对密度是 0.941~0.960。一般的 七边形在碳纳米管中也非常重要，是不可或缺的一部
HDPE 熔化温度 120~160 ℃，而分解温度为 300 ℃， 分。大概可以将 CNT 的结构分成三种类型，分别是锯
所以加工温度的可调区间较大，HDPE 的加工温度大 齿形、扶手椅型和螺旋型这三种，分类依据是碳六边
约在 180~230℃之间 [5] ；由于是烯烃类塑料，不含亲 形沿轴向的不同取向 [16~20] 。
水基，导致吸水性低，生产制作时，不需要额外烘干； 本文以高密度聚乙烯为基体，并以碳纳米管为增
但是为了产品的质量，可以在 70℃的温度条件下，烘 强填料，进行复合材料的配方设计以及力学性能测试
干 1 h，其目的是为了排出浮水。HDPE 自身的熔体黏 研究。
度较大，流长比小，生产薄壁制品时，有出现缺胶现
象的可能 [1~5] 。因此，模具设计时浇口和流道的尺寸 1 实验部分
相对较大 ；生产出的制品本身容易产生静电，表面易 1.1 实验药品
吸尘土。收缩率为 1.6%，溢边值为 0.05 mm。HDPE 实验中所用药品见表 1。

的耐热性能和耐低温性能非常优异，它的化学稳定性 表 1 实验中所用药品
良好，刚性和韧性也是较高的。聚乙烯的介电性能和 试剂名称 试剂规格 生产厂家
高密度聚乙烯 分析纯 中国石油化工股份有限公司
耐环境应力开裂性能也比较优良。高密度聚乙烯结晶 碳纳米管（CNTs） 分析纯 深圳市纳米港有限公司
度范围是 80%~90%，软化点温度大约为 125~135℃，
1.2 实验设备
最高可在 100℃下使用 ；硬度、拉伸强度和蠕变性分
实验中所用设备见表 2。
别优于 LDPE，但与 LDPE 的绝缘性相比较差 [6~10] 。
碳纳米管（CNTs) 主要是由呈六边形排列形态的 作者简介 ：杨高峰（1980-)，男，硕士研究生，讲师。现
从事复合材料研究工作。
碳原子构成，大约几到十几层同轴的圆管。同轴圆管
收稿日期 ：2017-09-25

2019 第 45 卷 ·1·
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