聚丙烯(PP)材料具有较好绝缘性和介电性，在合成树脂中密度最小，适用于暖通管材和建材等领域。但是PP的脆性较大，尤其在低温下脆性更加明显，需要对PP进行改性，以提高PP的冲击强度。目前对PP的改性集中在化学和物理两种方法。Mehrabi-Mazidi等[1]研究抗冲PP共聚物(IPC)对再生高密度聚乙烯(rHDPE)/再生等规PP共混物的改性效果，IPC可提高共混物的刚度、强度和抗冲性能。Barczewski等[2]采用1,3、2,4-双山梨醇和四硅羟基苯基倍半硅氧烷组成的成核体系改性等规PP。成核体系可提升等规PP的力学性能和光学性能。马小龙[3]以二缩三丙二醇二丙烯酸酯(TPGDA)作为交联单体，以两种不同的进料方式，在聚合反应的开始阶段和结束阶段分别加入交联剂，制备一系列TPGDA的内交联改性聚丙烯酸乳液，预先引入的成膜物质能够有效改善其弹性模量和耐热性。欧威等[4]采用挤出熔融接枝方法将乙烯-辛烯共聚物(POE)、均聚聚丙烯(PPH)分别与HDPE和低密度聚乙烯(LDPE)共混制备的两种接枝共聚物作为增韧剂，对PPH增韧，该结构能够显著提高PPH共混物的抗冲击性能，实现脆-韧转变。HDPE具有较高的结晶度和抗冲击性，是一种绝缘性高的热塑性树脂[5-8]。本实验以均聚PP树脂为基本原料，以HDPE作为改性材料，在材料中加入弹性体和抗氧剂作为辅助材料，研究PP-HDPE复合材料的力学性能。将PP-HDPE复合材料制成管材并验证其耐老性能，为材料的改性提供参考。1实验部分1.1主要原料均聚聚丙烯(PP)树脂，T30S，福建化工有限公司；高密度聚乙烯(HDPE)树脂，HDPE-5504LW，中国石油化工股份公司；抗氧剂，1010，工业级，瑞士汽巴精化公司；弹性体，8125，陶氏化学有限公司。1.2仪器与设备电热鼓风干燥箱，DGH-9070-A，精宏实验设备有限公司；注塑成型机，TYJ400-JJ，浙江塑料机械有限公司；电子式万能试验机，CMT4204，深圳材料检测有限公司；同向双螺杆挤出机，XDTM-3220，欣灵电器股份有限公司；差示扫描量热仪(DSC)，DSA822E，瑞士公司；扫描电子显微镜(SEM)，JSM-5220F，日本电子株式会社；悬臂梁冲击试验机，XJU6.5，金建检测仪器有限公司；熔体质量流动速率(MFR)试验机，XNR-25V，承德市检测仪器有限公司；热重分析仪(TG)，TGA-1150，上海皆准仪器设备有限公司。1.3样品制备表1为PP-HDPE复合暖通管材的配方。其中A1样品为纯PP材料，可以作为测试对照组。将PP置于干燥箱中进行干燥，温度为80 ℃、时间为2.5 h。按照表1配方称量PP、抗氧剂和弹性体，并混合3 min通过混炼挤出造粒；将混合材料和HDPE放入干燥箱3.5 h，干燥后通过混合机进行混合，并通过同向双螺杆挤出机进行二次造粒，挤出固定量为4.5 kg/h。将PP-HDPE复合材料采用注塑成型机进行注塑成型。注塑成型机的分区温度设置：1段温度为185 ℃，2段温度为180 ℃，3段温度为175 ℃，4段温度为170 ℃，5段温度为165 ℃。模具温度为室温，保压时间为10 s，注射压力为70 MPa。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2023.06.009.T001表1PP-HDPE复合暖通管材的配方Tab.1Formula of PP-HDPE composite HVAC pipes样品编号PPHDPE抗氧剂弹性体A199.600.10.3A295.64.00.10.3A390.69.00.10.3A485.614.00.10.3A580.619.00.10.3A675.624.00.10.3%%1.4性能测试与表征拉伸强度和断裂伸长率测试：按GB/T 1040.3—2006进行测试。弯曲强度测试：按GB/T 9341—2008进行测试，样品尺寸为80 mm×10 mm×4 mm。冲击强度测试：按GB/T 1043.1—2008进行测试，样品尺寸为80 mm×10 mm×4 mm。氧化诱导期(OIT)测试：按GB/T 17391—1998进行测试[9-10]，样品厚度为650 μm。耐酸碱度分析：分别配制质量分数为10%的硫酸和氢氧化钠溶液，将样品浸泡168 h。TG测试：空气气氛，气体流速为35 mL/min，从室温加热至550 ℃，升温速率为10 ℃/min。SEM分析：对样品断面喷金处理，观察样品断面形貌。2结果与讨论2.1SEM分析图1为PP-HDPE复合暖通管材的SEM照片。从图1a可以看出，A1样品的断面平滑且整齐，为典型脆性断裂[11-13]。从图1b和图1c可以看出，A2和A3样品断面的波纹形式较均匀，A3样品表面比A2更具有扩散性。从图1d和图1e可以看出，A4和A5样品的断口表面较粗糙，塑性变形面积较大，能够吸收较多冲击能量[14-15]，其抗冲击强度有所增加，且A5样品表面出现了凹凸。从图1f可以看出，A6样品在受压时产生了屈服现象，表面波纹凹凸明显，形成了韧性断裂，具有明显的抗冲击特性[16-17]。改性材料可以对PP材料的脆性进行改良。随着HDPE材料含量的增加，复合材料出现了屈服现象，产生一定韧性。图1PP-HDPE复合暖通管材的SEM照片Fig.1SEM images of PP-HDPE composite HVAC pipes10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2023.06.009.F1a110.15925/j.cnki.issn1005-3360.2023.06.009.F1a210.15925/j.cnki.issn1005-3360.2023.06.009.F1a32.2OIT分析设计热氧老化的测试温度为110 ℃。图2为PP-HDPE复合暖通管材的OIT结果。图2PP-HDPE复合暖通管材的OIT结果Fig.2OIT results of PP-HDPE composite HVAC pipes10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2023.06.009.F2a1(a)拉伸强度10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2023.06.009.F2a2(b)弯曲强度10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2023.06.009.F2a3(c)弯曲模量10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2023.06.009.F2a4(d)冲击强度从图2a可以看出，A1和A6在老化0~36 h时拉伸强度变化较小；A2、A3、A4、A5在老化0~36 h时拉伸强度随着老化时间的增加而降低。从图2b可以看出，A1随着老化时间的增加，弯曲强度逐渐增加；A2、A3、A4、A5在老化0~36 h时，弯曲强度先升高后降低；A6在老化0~36 h时，弯曲强度的变化幅度较小，表明样品A6的弯曲强度较稳定。从图2c可以看出，A1、A2老化0~36 h时，弯曲模量逐渐增加；A3、A4、A5在老化0~36 h时，弯曲模量先增加后下降；A6在老化0~36 h时，弯曲模量的变化幅度较小，表明A6的弯曲模量较稳定。从图2d可以看出，A1随着老化时间的增加，冲击强度也随之增加；A2、A3、A4、A5在老化0~36 h时，冲击强度先有所增加后下降；A6在老化0~36 h时，冲击强度的变化幅度较小。研究表明，A6的冲击强度较稳定。A6中HDPE的含量最多，当老化时间逐渐增加时，拉伸强度、弯曲强度和弯曲模量变化幅度较小，冲击强度逐渐趋于平稳，说明此配方较合理。2.3耐酸碱性分析PP-HDPE暖通管材在使用过程中与环境中酸性、碱性物质直接接触，导致暖通管材的物理性质与化学性能出现下降趋势[18-21]。为了探究PP-HDPE暖通管材的耐酸碱性，测试样品在10%的硫酸和氢氧化钠溶液中浸泡后的断裂伸长率。图3为测试结果。从图3可以看出，A1~A5样品在10%的硫酸和氢氧化钠溶液中浸泡168 h后的断裂伸长率均低于60%；A6样品在酸性、碱性环境下浸泡168 h后断裂伸长率保持在60%左右。结果表明，A6样品的耐酸碱性较强。图3PP-HDPE复合暖通管材经酸性和碱性溶液侵蚀后的断裂伸长率Fig.3Elongation at break of PP-HDPE composite HVAC pipes after erosion by acidic and alkaline solutions10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2023.06.009.F3a1(a)10%硫酸溶液环境10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2023.06.009.F3a2(b)10%NaOH溶液环境2.4TG分析对6个样品进行TG测试，对比其热稳定性，图4为PP-HDPE复合暖通管材的TG曲线。从图4可以看出，随着HDPE改性材料含量的增加，PP-HDPE暖通管材的起始分解温度和最大分解速率对应温度均逐渐升高。A6样品的初始热分解温度相对较高。结果说明，HDPE改性材料含量的增加可提高PP-HDPE复合暖通管材的热稳定性能。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2023.06.009.F004图4PP-HDPE复合暖通管材的TG曲线Fig.4TG curves of PP-HDPE composite HVAC pipes3结论通过讨论PP-HDPE复合暖通管材的配方，分析其耐老化性，得出HDPE改性填料可改善PP的耐老化性。当PP的含量为75.6%，HDPE的含量为24.0%，PP-HDPE复合暖通管材的综合性能最佳，耐老化性较好，具有良好的应用价值。但由于实验时间有限，没有与其他的改性物质进行对比，无法验证HDPE材料与其他改性材料效果的区别，后续测试中可选择更多的改性材料进行对比分析，为进一步验证复合材料的性能提供支持。