摘要：为了提高高密度聚乙烯PE-HD的力学性能，通过添加石膏粉的改性处理方法制备得到PE-HD/石膏粉材料，对比了不同的石膏粉添加量条件下PE-HD材料的组织结构及力学性能变化情况。通过实验测试手段对其性能进行分析，研究结果表明：当石膏粉含量改变后，材料试样结晶峰的温度也发生了显著变化，并在石膏粉质量分数达到40%时形成最低的结晶峰温度。石膏粉含量提高其强度也随之增大，石膏粉添加量超过40%后，材料冲击强度先减小后上升；塑性变形功与吸收断裂功也最高，具备良好综合性能。该研究有助于提高高密度聚乙烯材料的性能，具有很好的推广价值。

　　关键词：高密度聚乙烯；石膏粉；微观组织；力学性能

　　0引言

　　高密度聚乙烯（PE-HD）是由乙烯单体在加入催化剂的条件下反应得到的一种具有高结晶度的热塑性树脂，该树脂具备较好综合力学性能，耐化学介质腐蚀，尺寸稳定，易于加工，同时还具备良好的机械韧性[1]。但在实际应用中发现，PE-HD的抗拉伸强度不高，无法承受较大的外部应力作用，这对该材料的进一步推广应用造成了明显限制[2-3]。从近些年大部分市政项目与建筑排水管材的材料类型来看，PE-HD管材的使用比例不断提高，因此也引起了众多研究人员关注开发新的PE-HD材料[4]。

　　现阶段，关于PE-HD材料的研究文献也较多。例如，黄华尧等[5]先利用乙烯基三乙氧基硅烷改性稻壳粉，之后采用过氧化二苯甲酞（BPO）作为引发剂和PE-HD通过混合挤出方式制得PE-HD/稻壳粉材料，同时对其实施了力学性能测试。根据以上测试结果可知，加入偶联剂之后，能够显著提高木塑材料不同组分之间的相容性，从而形成更均匀的分散状态；其中，当偶联剂、稻壳粉与PE-HD质量比达到1∶50∶100的条件时，材料可以获得最高的力学强度，与加入偶联剂之前的材料相比，该材料的弯曲强度增大了30%左右，同时冲击强度增大了150%。杨晓明等[6]采用熔融共混的方法制备得到PE-HD/纳米MgO（nano-MgO）材料，之后测定了该材料的各项力学性能。结果显示，加入nano-MgO之后能够促进PE-HD抗拉强度与冲击强度的明显提升。其中，当nano-MgO的质量分数达到2%时，与纯PE-HD相比，PE-HD/nano-MgO材料在冲击强度方面增大了15%；随着nano-MgO的质量分数增大至4%时，相对于纯PE-HD，材料弯曲强度增大了18%。上述研究内容基本都是从偶联剂、弹性体、增容剂、增强颗粒的角度分析PE-HD材料发生的力学性能改变情况。考虑到石膏粉在自然界中的资源总量较多，并且开采成本也较低，因此可以选择石膏粉作为PE-HD材料的增强体来制备得到具有较高力学强度的材料，并实现资源充分利用的目的[7-8]。

　　本文利用改性处理方法制备得到PE-HD/石膏粉材料，对树脂基体中的的石膏粉分散性与聚集形态进行了分析，对比了不同的石膏粉添加量条件下PE-HD材料的力学性能变化情况，为制备高品质的PE-HD管材提供了参考依据，也有助于此类管材企业显著降低生产成本。

　　1实验部分

　　原料：高密度聚乙烯；硅烷偶联剂：KH-550；石膏粉。

　　首先，把硅烷偶联剂和石膏粉以5∶95的质量比配制并采用高速混合机对其实施充分混合，设定混合温度为120℃,共持续20 min。根据表1所示配方，利用双螺杆挤出机制得PE-HD材料，之后根据表2所示参数进行挤出造粒。将上述原料分组后再放入80℃烘箱内进行3 h烘干处理后作为后续用料。PE-HD材料试样通过注塑机制备得到，具体工艺参数为：温度介于135～160℃,压力介于50～65 MPa。把试样放在室温环境中24 h之后再使用[9]。

　　2结果与讨论

　　2.1微观结构分析

　　图1是对各个石膏粉含量的试样进行DSC测试所得的曲线。表3给出了加入不同含量石膏粉得到的材料结晶数据。可以明显看到，当石膏粉含量改变后，材料试样结晶峰的温度也发生了显著变化，并在石膏粉质量分数达到40%时形成最低的结晶峰温度。

　　2.2力学性能

　　从表4中可以看到，加入不同含量的石膏粉后得到的PE-HD/石膏粉材料力学性能测试结果。根据表4可知，当石膏粉的含量上升后，材料试样的拉伸强度、冲击强度、弯曲强度都发生了显著改变。对表4进行分析可以发现，在树脂基体中加入的石膏粉质量分数达到30%以上时，其拉伸强度测试结果明显减小。表4可知，所有PE-HD材料都达到了比纯PE-HD更高的弯曲强度，并表现为随着石膏粉含量的增大其强度也随之增大的现象，而当石膏粉添加量超过30%之后，材料弯曲强度发生了降低的情况。从表4还可以看到，当PE-HD中的石膏粉比例增大后，材料冲击强度表现为先减小后上升的变化趋势，当石膏粉添加量为30%时，材料的冲击强度最高，之后随石膏粉添加量的增加而下降。根据以上测试结果可知，当石膏粉添加量增大至30%时，可以使PE-HD材料各项力学性能指标达到最佳状态。

　　表5给出了对各个材料试样进行静力韧度测试所得的结果。通过分析表5可以发现，对石膏粉质量分数为30%的试样进行测试发现其静力韧度达到最大，同时塑性变形功与吸收断裂功也最高[10]，具备良好的综合性能；随着石膏粉质量分数升高到50%时，试样静力韧度值最低，同时吸收断裂功与塑性变形功也处于最小的状态，使该材料试样表现出较差的综合力学性能。由此可见，可以利用应力–应变曲线来合理解释图1所示的具有不同石膏粉含量的PE-HD材料结晶熔融改变的结果。

　　3结论

　　本文开展石膏粉添加高密度聚乙烯材料组织及力学性能分析，得到如下结论：

　　1）当石膏粉含量改变后，材料试样结晶峰的温度也发生了显著变化，并在石膏粉质量分数达到40%时形成最低的结晶峰温度。

　　2）石膏粉含量的提高其强度也随之增大，石膏粉添加量超过40%后，材料冲击强度表现为先减小后上升；塑性变形功与吸收断裂功也最高，具备良好的综合性能。

　　参考文献

　　[1]马宁，蔡芳昌，殷浩.交流阻抗法测试质子交换膜电导率的影响因素[J].高分子材料科学与工程，2012，31（11）：125-128.

　　[2]方炳虎，吴兵，宇平，等.CPE对PVC/HDPE合金材料的增容改性[J].聚氯乙烯，2016，44（1）：19-22.

　　[3]李敬，万同.HDPE/POE/无机粒子复合材料的制备及性能[J].塑料，2016，45（2）：47-50.

　　[4]赵兴民，赵建平，燕集中.高密度聚乙烯管材光氧老化性能及寿命预测[J].中国塑料，2021，35（6）：33-39.

　　[5]黄华尧，吴书鹏，刘畅，等.硅烷偶联剂对PE-HD基木塑复合材料力学性能的影响[J].中国塑料，2016，30（7）：50-56.

　　[6]杨晓明，王铎，田耘.纳米MgO/高密度聚乙烯复合材料的性能[J].复合材料学报，2016，33（2）：234-239.

　　[7]袁卓伟，杨明高，刘龚涵，等.Ⅳ型储氢瓶PE-HD内胆热熔焊接工艺及性能评价[J].中国塑料，2023，37（7）：74-79.

　　[8]吴良喜，雷阳，邹笑雨，等.赤泥/磷石膏对PE-HD性能影响[J].工程塑料应用，2022，50（8）：17-23.

　　[9]李敏，赵锐，陈静芳，等.无溶剂改性PE-HD耐污复合材料的制备与性能[J].工程塑料应用，2021，49（12）：8-13.

　　[10]张忠峰，刘顺城，王克俭，等.过氧化物交联增韧改性PE-HD/POE共混物[J].中国塑料，2020，34（10）：1-5.