聚丙烯/弹性体共混材料断裂行为的评价和研究

论文摘要

本文主要运用基本断裂功（EWF）方法研究了平面应力状态下聚丙烯（PP）／弹性体共混材料在低拉伸速率下断裂破坏行为，并对材料的形态结构与断裂行为参数的关系进行了比较和分析。讨论了聚烯烃弹性体（POE）含量对均聚PP／POE共混体系的裂纹扩展过程、断面形态演变等的影响，结果表明：随着POE含量的增加，PP／POE体系比总功和比屈服后断裂功增加，而比屈服功的变化不大；屈服点的位移变化不大，而体系的断裂位移逐渐增加；发散的外部塑性区高度和聚集的外部塑性区高度都呈现逐渐上升的趋势。PP／POE共混体系DENT拉伸试样断面出现明显的分区现象，即呈现韧性断裂特征的裂纹稳定扩展区和呈现脆性断裂特征的裂纹不稳定扩展的断裂区（a）；随着POE含量的增加，材料的韧性提高，裂纹扩展区长度（b+c）逐渐增加，（b+c）或（b+c）／α值的大小可以大致反映材料韧性的差异。注射和压制成型的共聚PP／POE共混体系在EWF测试中表现出典型的延性断裂行为，每组试样的载荷-位移曲线具有很好的自相似性。随POE含量增加，共混材料的断裂方式没有发生改变，比基本断裂功（we）有所增加而比非基本断裂功（βwp）变化不大，说明POE对PP的断裂韧性有提高的作用。纯PP和PP／POE共混物，屈服后的比基本断裂功和比非基本断裂功的数值大于屈服前两项的数值，表明共混物的断裂韧性和塑性变形情况主要受屈服后的变化影响，临界裂纹张开位移（COD）法预测比基本断裂功we与真实值较为接近。由于成型时取向和熔体压力等的差异，相同配方下注射成型试样的we和βwp都大于压制成型试样。三元乙丙橡胶（EPDM）与过氧化物（DCP）在单螺杆中低温混合后，再与PP在双螺杆中高温反应挤出，通过改变EPDM的用量来控制EPDM分散相的交联程度基本不变而含量不同，研究其对材料流动性能、微观结构和断裂行为等的影响及其相互间的关系，结果表明：随着EPDM用量的增加，材料的熔体流动速率（MFR）有所提高，但趋势明显减缓，说明采用这种加工方法可以明显减少PP的降解；材料的冲击强度提高，而拉伸强度略有降低；材料的耐热性能比较稳定；扫描电镜（SEM）结果表明共混物中EPDM粒子数量明显增加，分散更加均匀；差示扫描量热（DSC）结果证实了PP／EPDM接枝共交联结构的存在；各组不同韧带长度的DENT试样的载荷-位移曲线都具有较好的自相似性；用基本断裂功方法评价材料的断裂行为表明，共混物的比基本断裂功we和比塑性功wp都呈上升趋势；在EPDM和DCP的一定用量范围内，材料的we和比非基本断裂功βwp可同时被提高；COD法预测比基本断裂功we与真实值较为接近。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 前言
• 1.1 弹性体改性聚丙烯的研究现状
• 1.2 聚合物断裂韧性的评价方法
• 参考文献
• 2 均聚PP/POE共混体系的裂纹扩展过程及断面形态演变
• 2.1 实验部分
• 2.1.1 实验原料
• 2.1.2 试样制备
• 2.1.3 断裂行为测试
• 2.2 结果与讨论
• 2.2.1 裂纹扩展过程及塑性区
• 2.2.3 断裂功及断裂位移
• 2.2.3 断面形态
• 2.3 本章小结
• 参考文献
• 3 共聚PP/POE共混体系注射成型试样的断裂韧性
• 3.1 实验部分
• 3.1.1 实验原料
• 3.1.2 试样制备
• 3.1.3 断裂行为测试
• 3.2 结果与讨论
• 3.2.1 载荷一位移曲线
• 3.2.2 断裂功参数
• 3.2.3 裂纹张开位移
• 3.3 本章小结
• 参考文献
• 4 共聚 PP/POE共混体系压制成型试样的断裂韧性
• 4.1 实验部分
• 4.1.1 实验原料
• 4.1.2 试样制备
• 4.1.3 断裂行为测试
• 4.2 结果与讨论
• 4.2.1 EWF方法测试的有效性
• 4.2.2 EWF参数
• 4.2.3 屈服前、后的EWF参数
• 4.2.4 裂纹张开位移
• 4.3 本章小结
• 参考文献
• 5 共聚PP/EPDM动态硫化共混物的断裂性能
• 5.1 实验部分
• 5.1.1 实验材料
• 5.1.2 实验设备
• 5.1.3 试样制备
• 5.1.4 分析测试
• 5.2 结果与讨论
• 5.2.1 熔体流动性
• 5.2.2 力学性能
• 5.2.3 耐热性能
• 5.2.4 断面形貌
• 5.2.5 结晶行为
• 5.2.6 断裂行为
• 5.2.6.1 EWF参数
• 5.2.6.2 屈服前、后的EWF参数
• 5.2.6.3 裂纹张开位移
• 5.3 本章小结
• 参考文献
• 6 总结
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢