NRLLDPE共混体系性能的研究文档格式.docx

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系部：

材料工程系专业：

高分子材料与工程学号：

072074220

学生：

王利平指导教师（含职称）：

郑菊英副教授专业负责人：

张保卫

1．设计（论文）的主要任务及目标

任务：

本文所选用天然橡胶质量为100g，规格为烟片胶，旨在通过设定适宜的共混温度与硫化温度以制备NR/LLDPE复合材料，重点考察线性低密度聚乙烯（LLDPE）的含量、配方设计（主要是补强体系与硫化体系）、对复合材料结构和性能的影响，而后通过各种性能测试（主要是红外光谱、扫描电镜、XRD）对制品进行表征。

目标：

实现线性低密度聚乙烯（LLDPE）在天然橡胶（NR）中的均匀分散，最终获得综合性能优异的NR/LLDPE复合材料，并由各种表征测试（红外光谱、扫描电镜、XRD）结果从微观结构上对体系所获得的各种性能进行解释。

2．设计（论文）的基本要求和内容

论文的主要内容

（1）开炼机制备NR/LLDPE复合材料；

（2）不同含量LLDPE/NR复合材料的制备；

（3）各种复合材料的性能测试和结构表征。

论文的基本要求

（1）撰写格式规范、工整，章节内容明晰，字数1.5万；

（2）文献综述包括国内外的前沿动态及本课题的创新重点；

（3）数据真实可信，图标准确，分析合理；

（4）结论具有代表性及再现性；

（5）外文翻译准确，且与课题相关。

3．主要参考文献

（1）本课题相关研究方向英文文献3~4篇、中文文献10篇；

（2）《橡胶工业手册》、《塑料配方手册》、《填充改性配方设计》等。

4．进度安排

设计（论文）各阶段名称

起止日期

1

查阅文献资料、分析任务书

2011.3.08—2011.3.20

2

购买原材料、制定实验方案、技术路线

2011.3.21—2011.4.05

3

材料制备，性能测试，结构表征

2011.4.06—2011.5,15

4

补充实验（查漏补遗，验证实验）

2011.5.16—2011.6.02

5

编写、审核设计论文（预答辩）

2011.6.03—2011.6.12

6

论文审阅、修改

2011.6.13—2011.6.18

NR/LLDPE共混物性能的研究

摘要：

本文所选用天然橡胶（NR）质量为100g，规格为烟片胶，旨在通过设定适宜的共混温度与硫化温度，将线性低密度聚乙烯（LLDPE）通过机械共混来制备NR/LLDPE复合材料，重点考察LLDPE的含量、配方设计（主要是补强体系与硫化体系）、对复合材料结构和性能的影响，而后通过各种性能测试（主要是红外光谱、扫描电镜、XRD）对制品进行表征。

实现了LLDPE在NR中的均匀分散，最终获得综合性能优异的NR/LLDPE复合材料，并由各种表征测试结果从微观结构上对体系所获得的各种性能进行解释。

关键词：

线性低密度聚乙烯（LLDPE），天然橡胶（NR），共混，性能，表征

PropertiesofFilledNR/LLDPE

Blends

Abstract：

Theweightofnaturalrubber（NR）ofthispaperis100g,thesizeispiecerubber,andthetargetistoattaintheexllentpropertiesoftheNR/LLDPEblendbysettingtheappropriatetemperatureandcuringtemperature.Putthelinearlowdensitypolyethylene（LLDPE）preparedbymechanicalmixingtothenaturalruber,theemphasisisthecontentofLLDPE,formulation（mainlyreinforcingsystemandcuringsystem）,thecompositematerialstructureandproperties,andthenthroughavarietyofperformancetests（mainlyIR,SEM,XRD）ofproductswerecharacterized.AchievedintheLLDPEdispersedinNR,ultimately,overallperformanceofNR/LLDPEcomposites,characterizedbyavarietyoftestresultsfromthemicro-structureofthesystemobtainedbyavarietyofperformanceinterpretation..

Keywords：

LinearlowdensityPolyethylene（LLDPE）,Naturalrubber（NR）,Blend,Performance,Characterization

目录

1前言...................................................................................................................................1

1.1课题背景..........................................................................................................................1

1.2原料简介…………………………................................................................................1

1.2.1LLDPE简介..................................................................................................................1

1.2.2NR简介.........................................................................................................................4

1.3课题方案拟定及研究意义............................................................................................6

2实验部分...........................................................................................................................8

2.1实验原料及配方..............................................................................................................8

2.1.1实验原料.......................................................................................................................8

2.1.2实验配方.......................................................................................................................8

2.2实验设备及测试仪器......................................................................................................9

2.3NR/LLDPE共混物的制备..............................................................................................9

2.3.1混炼..............................................................................................................................9

2.3.2硫化…………………………………………………………………………….……10

2.3.3力学性能测试…………………………………………………………………….…10

2.4实验测试方法................................................................................................................11

2.4.1常规力学性能测试.....................................................................................................11

2.4.2结构表征方式.............................................................................................................11

3结果与讨论.....................................................................................................................13

3.1LLDPE含量对共混体系性能的影响............................................................................13

3.2补强剂对NR/LLDPE共混体系性能的影响...............................................................18

3.3硫化体系对共混物性能的影响…................................................................................20

3.4共混温度对共混体系性能的影响……...…………………………………………….23

3.5仪器表征测试…………………………………………………………………………23

3.5.1红外表征测试…………………………………………………………………….…23

3.5.2扫描电镜表征………………………………………………………………….……25

3.5.3共混体系的XRD表征…………………………………………………………..….28

4结论.................................................................................................................................31

参考文献..............................................................................................................................32

致谢......................................................................................................................................34

1前言

1.1课题背景

本课题名称是“NR/LLDPE共混性能的研究”。

随着现代科学技术的发展，人们对材料的性能要求日趋多样化，单一的材料往往难以满足各种不同的要求。

复合材料已成为新材料革命的一个重要发展方向。

“复合技术”则是新材料科学与技术工程发展的重点。

聚合物熔融共混是指聚合物在熔融状态下进行混合熔融共混又常称为机械共混随着LLDPE应用领域的扩展，国内外有关LLDPE的研究开发工作变得十分活跃。

共混、增强、填充、接枝等改性手段广泛采用，其中机械共混改性在众多改性技术中以其成本低、操作方便、共混物的组成及性能易于调节的特点而受到青睐。

通过共混不同树脂，在性能上优势互补，消除单一组成聚合物性能上的缺点，获得综合性能优越的材料。

1.2原料简介

1.2.1LLDPE简介

线性低密度聚乙烯，在结构上不同于一般的低密度聚乙烯，因为不存在长支链。

LLDPE的线性度取决于LLDPE和LDPE的不同生产加工过程。

LLDPE通常在更低温度和压力下，由乙烯和高级的a烯烃如丁烯、己烯或辛烯共聚合而生成。

共聚过程生成的LLDPE聚合物具有比一般LDPE更窄的分子量分布，同时具有线性结构使其具有不同的流变特性。

其结构式如下所示

（1）LLDPE的结构与性能

LLDPE的结构特点：

线性结构，分子分布量较窄，不存在长支链。

LLDPE的性能特点：

线性低密度聚乙烯为无毒、无味、无臭的乳白色颗粒，密度为0.918～0.935g/cm3。

具有较高的软化温度和熔融温度，有强度大、韧性好、刚性大、耐热、耐寒性好等优点，还具有良好的耐环境应力开裂性，耐冲击强度、耐撕裂强度等性能。

并可耐酸、碱、有机溶剂等。

这里主要介绍一下熔融流动特性：

LLDPE的熔融流动特性适l应新工艺的要求，特别是用薄膜挤出工艺，可产出高质的LLDPE产品。

LLDPE应用于聚乙烯所有的传统市常增强了抗伸、抗穿透、抗冲击和抗撕裂的性能使LLDPE适于作薄膜。

它的优异的抗环境应力开裂性，抗低温冲击性和抗翘曲性使LLDPE对管材、板材挤塑和所有模塑应用都有吸引力。

LLDPE最新的应用是作为地膜用于废渣填埋和废液池的衬层。

（2）LLDPE与LDPE的比较

除具有一般聚烯烃树脂的性能外，其抗张强度、抗撕裂强度、耐环境应力开裂性、耐低温性、耐热性和耐穿刺性，尤为优越，获得了注目的发展。

LLDPE虽与过去的LDPE同属于同-密度范围，但由于它们之间的分子结构不同，熔融流变学行为也不同，因此他们的物理基本性质及成型加工特点也不相同。

（3）LLDPE的加工

LDPE和LLDPE都具有极好的流变性或熔融流动性。

LLDPE有更小的剪切敏感性，因为它具有较窄分子量分布和短支链。

在剪切过程中（例如挤塑），LLDPE保持了更大的粘度，因而比相同熔融指数的LDPE难于加工。

在挤塑中，LLDPE更低的剪切敏感性使聚合物分子链的应力松弛更快，并且由此物理性质对吹胀比改变的敏感性减校在熔体延伸中，LLDPE在各种应变速率下通常都具有较低的粘度。

也就是说它将不会象LDPE一样在拉伸时产生应变硬化。

随聚乙烯的形变率增加．LDPE显示出粘度的惊人增加，这是由分子链缠结引起。

这种现象在LLDPE中观察不出，因为在LLDPE中缺少长支链使聚合物能够不缠结。

这种性能对薄膜应用极重要．因为LLDPE薄膜在保持高强度和韧性下召易制更薄薄膜。

LLDPE的流变性可概括为“剪切时刚性”和“延伸时柔软”。

（4）LLDPE在某些改性中的应用

通常，在所有应用中用LLDPE生产刚性更强的产品，虽然根据ATSM对低密度材料标准，LLDPE和LDPE的密度都在0.91-0.925之间。

LLDPE形成更高结晶结构，因为不存在长支链。

LLDPE较大的结晶性产生较高刚性的产品。

这种较高的结晶度也使LLDPE与LDPE相比，熔点提高了10～15℃。

更高的抗拉强度、抗穿透性、抗撕裂性和伸长率增加是LLDPE的特性，使其特别适用于制薄膜。

如果用己烯或辛烯代替丁烯作共聚单体，抗冲击力和抗撕裂性也可得到较大的改进。

对于相同熔体指数和密度下的给定树脂，己烯和辛烯LLDPE树脂在冲击和撕裂性能上提高到300％。

己烯和辛烯树脂更长的侧链到像“绳结”分子一样的作用，改进了化合物的韧性。

用环烯烃金属衍生物催化剂生产树脂将具有独特的性能。

更窄的MWD，改进了共聚单体分布，有更好的薄膜透明度、密封性和冲击强度，这些与用齐格勒催化剂生产的LLDPE相似。

在透明度这一特性上，LLDPE具有与LDPE相似的缺点LLDPE薄膜的浊度和光泽度是不好的，主要因为它的更高结晶性造成了薄膜表面粗糙度。

LLDPE树脂的透明度可通过与少量的LDPE共混而改善。

LLDPE已渗透到聚乙烯的大多数传统市场，包括薄膜、模塑、管材和电线电缆。

防渗漏地膜是新开发的LLDPE市常地膜，一种大型挤出片材，用作废渣填埋和废物池衬垫，防止渗漏或污染周围地区。

LLDPE的一些薄膜市场，例如生产袋子、垃圾袋、弹性包装物、工业用衬套、巾式衬套和购物袋，这些都是利用改进强度和韧性后这种树脂的优点。

透明薄膜，例如面包袋，一直由LDPE占统治地位，因为它有更好的浊度。

然而，LLDPE与LDPE的共混物将改进强度。

抗穿透性和LDPE薄膜的刚度，而不显著影响薄膜的透明度。

注塑和滚塑是LLDPE最大的两个模塑应用。

这种树脂优越的韧性和低温、冲击强度理论上适于废物箱、玩具和冷藏器具。

另外，LLDPE的高抗环境应力开裂性使其适用于注塑与油类食品接触的模塑盖子，滚塑废料容器、燃料箱和化学品槽罐。

在管材和电线电缆涂敷层中应用的市场较小，在这里LLDPE提供的高破裂强度和抗环境应力开裂性可满足要求。

目前，LLDPE的65％-70％用于制作薄膜。

（5）LLDPE的特性

LLDPE的生产起始于过渡金属催化剂，特别是齐格勒（Ziegler）或飞利浦（Phillips）类型。

基于环烯烃金属衍生物催化剂的新工艺是LLDPE生产的另一个选择方案。

实际的聚合反应可以在溶液和气相反应器中进行。

通常，辛烯与乙烯在溶液相反应器中共聚，丁烯。

己烯与乙烯在气相反应器中聚合。

在气相反应器中生成的LLDPE树脂是颗粒形式，且可以粉料或进一步加工成粒料出售。

以己烯和辛烯为基础的新一代超LLDPE已由莫比尔、联合碳化物。

Novacor和道塑料等公司推出。

这些材料具有很大的韧性极限，在自动取出袋的应用中有新的潜力。

很低密度PE树脂（密度低于0．910g/cc。

）也在近年出现。

VLDPES具有的柔性且软度是LLDPE达不到的。

树脂的特性一般体现在熔融指数和密度。

熔融指数可反映出树脂的平均分子量且主要由反应温度控制。

平均分子量与分子量分布（MWD）无关。

催化剂选择影响MWD。

密度由共聚用单体在聚乙烯链中的浓度决定。

共聚用单体浓度控制短支链数目（其长度取决于共聚用单体类型）从而控制树脂密度。

共聚用单体浓度越高，树脂密度越低。

在结构上，LLDPE在支链的数目和类型上与LDPE不同，高压LDPE有长支链，而线性LDPE只具有短支链。

在结构上，LLDPE只在短支链数目上与HDPE不同。

HDPE的短支链数目较少，因此，是有更高密度的材料。

LLDPE的物理特性受控于它的分子量，MWD和密度。

LLDPE优于LDPE，归根结底取决其用途。

1.2.2NR简介

从天然产胶植物中制取的橡胶。

市售的天然橡胶主要是由三叶橡胶树的乳胶制得。

（1）化学组成

天然橡胶是一种以聚异戊二烯为主要成分的天然高分子化合物，分子式是（C5H8）n，其成分中91％～94％是橡胶烃（聚异戊二烯），其余为蛋白质、脂肪酸、灰分、糖类等非橡胶物质。

（2）成分及其属性

世界上约有2000种不同的植物可生产类似天然橡胶的聚合物，已从其中500种中得到了不同种类的橡胶，但真正有实用价值的是三叶橡胶树。

橡胶树的表面被割开时，树皮内的乳管被割断，胶乳从树上流出。

从橡胶树上采集的乳胶，经过稀释后加酸凝固、洗涤，然后压片、干燥、打包，即制得市售的天然橡胶。

天然橡胶根据不同的制胶方法可制成烟片、风干胶片、绉片、技术分级橡胶和浓缩橡胶等。

通常我们所说的天然橡胶，是指从巴西橡胶树上采集的天然胶乳，经过凝固、干燥等加工工序而制成的弹性固状物。

天然橡胶是一种以聚异戊二烯为主要成分的天然高分子化合物，分子式是（C5H8）n，其橡胶烃（聚异戊二烯）含量在90％以上，还含有少量的蛋白质、脂肪酸、糖分及灰分等。

天然橡胶的物理特性。

天然橡胶在常温下具有较高的弹性，稍带塑性，具有非常好的机械强度，滞后损失小，在多次变形时生热低，因此其耐屈挠性也很好，并且因为是非极性橡胶，所以电绝缘性能良好。

天然橡胶的化学特性。

因为有不饱和双键，所以天然橡胶是一种化学反应能力较强的物质，光、热、臭氧、辐射、屈挠变形和铜、锰等金属都能促进橡胶的老化，不耐老化是天然橡胶的致命弱点，但是，添加了防老剂的天然橡胶，有时在阳光下曝晒两个月依然看不出多大变化，在仓库内贮存三年后仍可以照常使用。

天然橡胶的耐介质特性。

天然橡胶有较好的耐碱性能，但不耐浓强酸。

由于天然橡胶是非极性橡胶，只能耐一些极性溶剂，而在非极性溶剂中则溶胀，因此，其耐油性和耐溶剂性很差，一般说来，烃、卤代烃、二硫化碳、醚、高级酮和高级脂肪酸对天然橡胶均有溶解作用，但其溶解度则受塑炼程度的影响，而低级酮、低级酯及醇类对天然橡胶则是非溶剂。

（3）主要用途

由于天然橡胶具有上述一系列物理化学特性，尤其是其优良的回弹性、绝缘性、隔水性及可塑性等特性，并且，经过适当处理后还具有耐油、耐酸、耐碱、耐热、耐寒、耐压、耐磨等宝贵性质，所以，具有广泛用途。

例如日常生活中使用的雨鞋、暖水袋、松紧带；

医疗卫生行业所用的外科医生手套、输血管、避孕套；

交通运输上使用的各种轮胎；

工业上使用的传送带、运输带、耐酸和耐碱手套；

农业上使用的排灌胶管、氨水袋；

气象测量用的探空气球；

科学试验用的密封、防震设备；

国防上使用的飞机、坦克、大炮、防毒面具；

甚至连火箭、人造地球卫星和宇宙飞船等高精尖科学技术产品都离不开天然橡胶。

目前，世界上部分或完全用天然橡胶制成的物品已达7万种以上。

（4）天然橡胶的特性与分布

橡胶树原产于巴西亚马逊河流域马拉岳西部地区，现已布及亚洲、非洲、大洋洲、拉丁美洲40多个国家和地区。

种植面积较大的国家有：

印度尼西亚、泰国、马来西亚、中国、印度、越南、尼日利亚、巴西、斯里兰卡、利比里亚等。

我国植胶区主要分布于海南、广东、广西、福建、云南，此外台湾也可种植，其中海南为主要植胶区。

常绿