聚乙烯(PE)具有较好的化学稳定性，热稳定性，可回收利用等优点，成为目前使用较多的塑料材料之一[1-2]。然而，PE的力学强度较差，限制其在建筑、管材等领域的应用[3]。因此，为了拓展PE的应用领域，需要对其进行改性从而提高其力学性能。通过对PE进行填充改性可以有效改善这一问题，常用的填充剂包括无机填充剂以及有机填充剂[4-5]。曾瞬钦等[6]通过在PE基体中加入小分子酸（丙烯酸、草酸）修饰的碳酸钙，制得PE/碳酸钙复合材料。结果表明：当丙烯酸含量为3%，碳酸钙含量为15%，PE/碳酸钙复合材料具有最佳的综合力学性能，拉伸强度相较纯PE增加133.6%。谷亚新等[7]通过在PE中加入粉状ZnO制备PE/ZnO复合材料。结果表明：随着ZnO含量的增加，PE/ZnO复合材料的拉伸强度先增加后减小，并且ZnO粒径越小，同比例下复合材料的拉伸强度越大。目前研究中，大部分均采用无机填充剂对PE进行改性，从而提高PE的力学强度。然而无机填充剂在聚合物基体中的相容性较差，并且产生一定的团聚，一般均需要经过复杂的改性处理才能够得到良好的共混效果，导致生产步骤复杂、成本增加，不利于大规模生产材料。乙烯-辛烯共聚物(POE)作为一种高聚物，具有优异的弹性以及高伸长率，优异的耐老化性，与其他聚合物共混能够得到较好的共混材料，可作为填充剂有效提高聚合物的力学强度[8]。本实验通过在回收PE中共混POE，制备PE/POE复合材料，通过对其力学性能、热稳定性以及耐老化性进行测试，评估其在建筑管材领域中的应用潜力。1实验部分1.1主要原料回收聚乙烯(PE)，废品回收厂；乙烯-辛烯共聚物(POE)，F5061，美国埃克森化工有限公司；过氧化二异丙苯交联剂(DCP)，工业级，上海高桥石化精细化工公司。1.2仪器与设备密炼机，SNF-1，上海塑料机械厂；双辊炼胶机，XK-160，泰兴瑞兴橡塑机械有限公司；平板硫化机，TY-8000，江苏天源试验设备有限公司；冲击试验仪，Universal，英国RayRun公司；扫描电子显微镜(SEM)，S-2150，日本Hitachi公司；万能试验机，CMT4204，深圳市新三思技术有限公司；同步热分析仪(TG)，STA 409PC，德国Netzsch公司。1.3样品制备表1为不同PE/POE复合材料配方。将PE、POE以及DCP交联剂预先在60 ℃的烘箱中干燥24 h，根据表1配比称取原料，在高速搅拌机中混合均匀，混合物总质量为1 kg。混合物放入120 ℃的密炼机中密炼10 min。将反应物置于双辊炼胶机，温度设置98 ℃，时间15 min。反应后样品置于平板硫化机模具中成型，温度为175 ℃，时间8 min，经过自然冷却后定型，得到不同PE/POE复合材料。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.12.007.T001表1不同PE/POE复合材料配方Tab.1Formula of different PE/POE composites样品PEPOEDCP1980229352388102483152578202%%1.4性能测试与表征SEM分析：对样品喷金处理，观察样品表面形貌。TG分析：N2气氛，温度范围25~650 ℃，升温速率为10 ℃/min。拉伸性能测试：按GB/T 8804.3—2003进行测试，拉伸速率为50 mm/min。缺口冲击强度测试：按GB/T 1843—2008进行测试，试件规格为80 mm×10 mm×4 mm，摆锤能量为10 J。静液压强度测试：按GB/T 6111—2018进行测试，管壁厚度为3 mm，样品内外介质均为水，环境温度为20 ℃，设定最大压力8 MPa，每段升压时间120 s[9]。氧化诱导时间测试(OIT)：按GB/T 19466.6—2009进行测试，材料厚度为650 μm，通入N2保持5 min。升温速率为20 ℃/min，升温至200 ℃，体系保温3 min，气氛为O2，继续恒温，出现放热点后记录OIT[10]。耐老化测试：将样品放置在高温老化试验箱中进行高温热氧老化，老化时间分别为0、5、10、15、20、25、30、35和40 d，老化后，取样品进行拉伸性能测试。2结果与讨论2.1SEM分析图1为不同PE/POE复合材料的SEM照片。从图1可以看出，由于未加入POE增强体，1号样品表面出现较多沟壑状结构，并且分布较杂乱。随着POE含量逐渐增加，PE/POE复合材料表面逐渐变光滑。由于POE具有较好的相容性，在2号、3号和4号样品中未出现明显的POE颗粒。4号样品表面最光滑，说明在该配比下PE与POE之间相容性最好。随着POE继续增加，5号样品表面出现一些裂痕，并且析出POE。这是由于POE含量较多，与PE基体无法完全相容所引起，使材料均匀性变差。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.12.007.F001图1不同PE/POE复合材料的SEM照片Fig.1SEM images of different PE/POE composites2.2TG分析图2为不同PE/POE复合材料的TG曲线。从图2可以看出，随着POE含量的增加，复合材料的热稳定性逐渐增强。1号样品中初始分解温度为286 ℃，并最大分解温度为512 ℃，残炭率为12%。由于POE具有较好的热稳定性，加入POE可以显著提高PE/POE复合材料的热稳定性。5号样品的热稳定性最好，最大分解温度为达到586 ℃。这说明POE的加入可以有效增强PE/POE复合材料的热稳定性。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.12.007.F002图2不同PE/POE复合材料的TG曲线Fig.2TG curves of different PE/POE composites2.3力学性能分析建筑管材的力学性能在其日常使用中具有重要意义。图3为不同PE/POE复合材料的拉伸性能。从图3可以看出，随着POE含量的增加，PE/POE复合材料的拉伸强度和断裂伸长率均呈现先增加后降低的趋势。1号样品的拉伸强度为23.6 MPa，断裂伸长率为306.3%，《给水用聚乙烯(PE)管材》(GB/T 13663—2000)规定断裂伸长率不小于350%，说明回收PE材料无法满足管材标准[11]。而加入POE，由于POE与PE之间的模量以及泊松比之间存在差异，POE在基体中起应力集中作用。4号样品的拉伸强度以及断裂伸长率达到最大值，分别为34.5 MPa和353.6%，满足《给水用聚乙烯(PE)管材》标准。这是由于4号样品中PE与POE之间相容性最好，可以较好吸收应力。随着POE含量继续增加，POE与PE之间互容导致材料出现裂纹，拉伸性能降低。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.12.007.F003图3不同PE/POE复合材料的拉伸强度与断裂伸长率Fig.3Tensile strength and elongation at break of different PE/POE composites图4为不同PE/POE复合材料的缺口冲击强度。从图4可以看出，随着POE含量的增加，PE/POE复合材料的缺口冲击强度先增加后下降。4号样品达到最大值29.8 kJ/m2，这是由于POE具有较好的韧性，可以有效提高PE/POE复合材料的缺口冲击强度。而POE的含量继续增加，5号样品的缺口冲击强度降低。这是由于POE含量过大，导致PE/POE复合材料中出现缺陷，使缺口冲击强度下降。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.12.007.F004图4不同PE/POE复合材料的缺口冲击强度Fig.4Notched impact strength of different PE/POE composites静液压强度为材料在管材应用中达到的标准值，材料达到标准值时仍表现较好的状态即为合格[12]。表2为20 ℃下不同PE/POE复合材料达到标准静液压强度状态。从表2可以看出，随着POE含量的增加，PE/POE复合材料达到8 MPa下状态逐渐变好，从发生破裂、渗透到不发生破裂和渗透。4号样品和5号样品达到标准值时均不破裂、不渗透。说明POE的加入可以有效提升PE在高压液体环境中的承受能力，并满足《给水用聚乙烯(PE)管材》(GB/T 13663—2000)中规定的不渗透、不破裂标准[11]。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.12.007.T002表220 ℃下不同PE/POE复合材料的静液压强度Tab.2Hydrostatic strength of different PE/POE composites at 20 ℃样品标准值/MPa标准值时状态18破裂、渗漏28破裂、渗漏38破裂、渗漏48不破裂、不渗漏58不破裂、不渗漏2.4耐老化性分析塑料管材在日常使用中受一系列因素老化作用，使其力学性能降低，且高温对其老化过程影响较大，探究材料的耐老化性能是满足日常使用的重要因素之一[13]。图5为不同PE/POE复合材料的氧化诱导时间(OIT)，OIT越长，说明材料的抗热氧化性能越强。从图5可以看出，1号样品的OIT最低，为13.6 min。PE/POE复合材料的OIT随着POE含量的增加呈现先增加后降低，4号样品达到最大值23.5 min，说明4号样品中抗热氧化性能最佳。这是由于POE具有良好的耐热老化性能。而5号样品的OIT降低，这是由于5号样品中存在裂纹，这些裂纹在热氧环境下，增加与热氧的接触面积，从而使其抗热氧化性能下降。根据《给水用聚乙烯(PE)管材》(GB/T 13663—2000)中规定OIT标准值为20 min，4号样品有效满足这一标准。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.12.007.F005图5不同PE/POE复合材料的氧化诱导时间Fig.5Oxidation induction times of different PE/POE composites图6为不同PE/POE复合材料在不同热老化时间下拉伸强度。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.12.007.F006图6不同PE/POE复合材料在不同老化时间下的拉伸强度Fig.6Tensile strength of different PE/POE composites at different aging time从图6可以看出，随着老化时间的增加，不同PE/POE复合材料的拉伸强度均发生下降，老化40 d后，1号~5号样品的拉伸强度下降率分别为36.01%，25.52%，19.55%，17.05%，19.07%。这一趋势与氧化诱导时间相符合，说明4号样品具有较好的抗热氧化性，可以有效提高其耐老化性，有效延长其使用寿命。3结论（1）回收PE中加入POE弹性体制备PE/POE复合材料，POE可以与PE进行有效互容，从而提高PE/POE复合材料的综合性能。（2）当POE含量为15%，复合材料表现最佳的综合性能，其拉伸强度以及断裂伸长率分别为34.5 MPa和353.6%；缺口冲击强度达到29.8 kJ/m2，并且受较大静液压后没有破裂和渗漏，有效满足《给水用聚乙烯(PE)管材》。（3）POE较好的抗热氧化性有效增强复合材料的耐老化性。4号样品经过40 d老化，其拉伸强度下降率为17.05%，在各配方样品中表现最佳。综合所述，4号样品具有最佳的综合性能，可以有效用于土木工程建筑管材。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.12.007.F007