一种高性能HDPE/PET微纤增强共混物的制备方法技术领域
本发明属于高分子材料反应加工领域，涉及一种高性能高密度聚乙烯(HDPE)/聚
对苯二甲酸乙二醇酯(PET)微纤增强共混物的制备新方法。
背景技术
HDPE与PET的共混改性一直以来都是人们研究的重点，HDPE中加入PET有望实现
HDPE的高性能化与工程塑料化。但是一直以来的研究发现HDPE与PET的共混并不能够十分
有效地提高HDPE的力学强度，这一方面是因为HDPE与PET两者为不相容聚合物，相容性低导
致共混物力学性能差；另一方面是因为目前绝大多数HDPE与PET的共混物是以HDPE为基体
相、PET为粒子分散相构成的，当共混体系受到应力作用时，承担应力的主要还是HDPE，因此
HDPE/PET共混物的力学强度依然接近于HDPE的力学强度，使得PET的增强作用依然体现不
出来，进而HDPE力学强度提高不明显。
近年来，人们研究发现将PET通过适当的加工方法进行处理使其以微纤的形式存
在于HDPE基体中可以有效地提高HDPE的力学强度。沈经纬等人(高密度聚乙烯/聚对苯二甲
酸乙二醇酯原位成纤增强复合材料的形态与力学性能，现代化工，2006，26(6)：40—44.)以
HDPE为基体相，PET为分散相制备了HDPE/PET微纤增强材料，研究发现当PET的质量百分比
为25％，所获得的微纤增强材料的拉伸强度比纯HDPE提高了33％，杨氏模量提高了66％；王
志钢等人(回收PET纤维增强HDPE复合材料的制备与性能研究，塑料工业，2015，43(10)：35-
39.)制备了HDPE/rPET微纤增强共混物，结果表明当共混体系中rPET含量为20％时，共混材
料的力学性能最好。李忠明等人(Li Z M，Yang W，Huang R，et al.Tensile properties of
poly(ethylene terephthalate)and polyethylene in-situmicrofiber reinforced
composite formed via slit die extrusion and hot stretching[J].Mater Lett，
2002,56(5)：756-762.)采用“熔融挤出-热拉伸-淬冷”的方法制备了HDPE/PET原位成纤复
合材料，当PET含量为15％～25％时，形成的纤维较好，增强效果也比较好。以上的研究均表
明在HDPE/PET共混物中将PET进行原位微纤化可以有效发挥PET在HDPE基体中的增强作用，
提高HDPE的力学强度。
但因为HDPE与PET是不相容共混物，共混体系相容性的好坏直接决定最终共混物
性能的优劣，因此在HDPE/PET共混的过程中必须添加相容剂来改善HDPE与PET之间的相容
性。传统的HDPE/PET体系的相容剂是马来酸酐(MAH)、甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)、丙烯酸
(AA)等极性单体的聚乙烯接枝物或者是上述极性单体在以苯乙烯(St)、三羟甲基丙烷丙烯
酸酯(Tris)、二乙烯基苯(DVB)为共单体的条件下制得的聚乙烯接枝物，但是上述极性单体
或共单体存在易挥发、毒性大、价格昂贵等一系列缺点。
所以开发一种绿色环保、成本低的相容剂来提高HDPE与PET相容性具有重大的意
义。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中HDPE/PET体系中相容性差、相容剂易挥发、毒性
大、价格昂贵等缺点，提供一种高性能HDPE/PET微纤增强共混物的制备方法。本方法采用难
挥发、毒性低、反应活性高的邻苯二甲酸二烯丙酯(DAP)为共单体，GMA为接枝单体，制备
HDPE-g-(DAP-co-GMA)接枝物作为HDPE/PET体系的增容剂。
本发明涉及一种采用新型增容剂—HDPE-g-(DAP-co-GMA)接枝物，制备高性能高
密度聚乙烯(HDPE)/聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)微纤增强共混物的新方法。
根据本发明的第一个方面，本发明提供了一种高性能HDPE/PET微纤增强共混物的
制备方法，包括以下步骤：
1)HDPE-g-(DAP-co-GMA)接枝物的制备
在挤出机上，利用计量泵在熔融段注入混合物料甲基丙烯酸缩水甘油酯、邻苯二
甲酸二烯丙酯、引发剂，控制混合物料加入速度，制备出HDPE-g-(DAP-co-GMA)高接枝率接
枝物；挤出机由料斗至口模温度为：150～160℃、165～170℃、170～180℃、180～185℃、185
～190℃、180～185℃；所述挤出机的螺杆转速为60～100转/分；
2)增容专用料的制备
将HDPE，HDPE-g-(DAP-co-GMA)接枝物、PET进行烘干处理；烘干后将HDPE，HDPE-g-
(DAP-co-GMA)接枝物、PET和抗氧剂1010进行混合，混合后在挤出机中进行挤出造粒得增容
专用料；挤出机由料斗至口模温度为：110～120℃、240～250℃、260～280℃、270～280℃、
270～280℃、260～270℃；所述挤出机的螺杆转速为80～120转/分；
所述HDPE，HDPE-g-(DAP-co-GMA)接枝物、PET、抗氧剂1010按重量份数计配比为：
HDPE为55～85份；PET为10～30份；HDPE-g-(DAP-co-GMA)为5～15份；抗氧剂1010
为0.3～0.5份；
3)微纤增强共混物的制备
将步骤2)增容专用料烘干，然后采用拉丝牵引装置进行拉伸牵引，通过牵引装置
的转速控制拉伸比；拉伸后的物料在15～25℃的水槽中冷却定型；
4)切粒
将步骤3)冷却定型的物料集束后，切成一定长径比的颗粒。
5)注塑成型
将步骤4)颗粒在烘干后注塑成测试样条，并将样条在100℃下处理12h后进行力学
性能测试；注塑机由料斗至口模处的各段温度为140～150℃、150～160℃、160～170℃、170
～180℃；
所述HDPE是指高密度聚乙烯；PET是指聚对苯二甲酸乙二醇酯。
优选的，所述HDPE在温度210℃，载荷2.16kg下测得的熔体流动速率为2～8g/
10min，所述PET的数均分子量为2万～8万。
优选的，步骤1)HDPE-g-(DAP-co-GMA)接枝物的制备中甲基丙烯酸缩水甘油酯和
邻苯二甲酸二烯丙酯组成混合单体，混合单体与HDPE质量比为0.05～0.15，邻苯二甲酸二
烯丙酯与甲基丙烯酸缩水甘油酯的单体摩尔比为0.2～0.8，引发剂为混合单体质量的0.5
～0.8％，本发明中混合单体接枝率为0.5～5％，GMA接枝效率大于60％。
优选的，步骤1)中所述引发剂为过氧化二苯甲酰、过氧化二异丙苯、2,5-二甲基-
2,5-双(叔丁基过氧基)己烷或过氧化二叔丁基中的一种或多种。
优选的，步骤3)中通过牵引装置的转速控制拉伸比，拉伸比控制在4～16。
优选的，步骤4)中将冷却定型的物料集束后，切成一定长径比的颗粒，所述长径比
为10～45，且不影响后续设备加工进料，从而使得微纤在后续加工过程中保存完好并具备
长纤维增强的特点。
本方法采用难挥发、毒性低、反应活性高的邻苯二甲酸二烯丙酯(DAP)为共单体，
GMA为接枝单体，制备HDPE-g-(DAP-co-GMA)接枝物作为HDPE/PET体系的增容剂。DAP作为共
单体不仅克服了St、DVB等共单体所存在的缺点，而且在熔融共混的过程中HDPE分子链上接
枝的DAP能够通过与PET发生酯交换反应对HDPE/PET体系也起到增容作用，而St、DVB等共单
体却不存在这样的效果，大大提高了共单体的增容协同作用。
本发明的原理是：以HDPE为连续相、PET为分散相的共混体系加工过程中，PET在剪
切及拉伸作用下形成微纤，通过控制适当的加工条件和最终造粒时颗粒的长径比，使微纤
在后续加工过程中得以保存并对基体产生长纤维增强的作用；再经过一定温度、一定时间
的热处理，提高微纤的结晶度，消除内应力，从而强化微纤原位增强效果，进而达到显著提
高基体材料性能的目的。
本发明中HDPE是指高密度聚乙烯；PET是指聚对苯二甲酸乙二醇酯；MAH是指马来
酸酐；GMA是指甲基丙烯酸缩水甘油酯；DAP为邻苯二甲酸二烯丙酯；AA是指丙烯酸；St是指
苯乙烯；Tris是指三羟甲基丙烷丙烯酸酯；DVB是指二乙烯基苯。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式，对本
发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。
以下实例中所提到的HDPE：牌号8008，兰州石化生产，MFR＝7.6g/10min(190℃，
2.16kg)；邻苯二甲酸二烯丙酯(DAP)为寿光诺盟化工有限公司生产，纯度95％以上；甲基丙
烯酸缩水甘油酯(GMA)为江西瑞祥化工有限公司生产，纯度99％以上；过氧化二异丙苯
(DCP)为上海天莲精细化工有限公司生产，纯度99％以上；PET为江苏海昌锐锋化工有限公
司出售；抗氧剂1010为上海汽巴高桥化学有限公司产品；PET：仪征石油化工有限公司，
BG802，特性粘度为0.83±0.02。
实施例1
(1)HDPE-g-(DAP-co-GMA)接枝物的制备
在转速为120rpm的挤出机上，利用计量泵在熔融段注入混合物料(GMA与DAP的总
质量为HDPE质量的10％，DAP与GMA的单体摩尔比为0.4，引发剂DCP用量为GMA与DAP总质量
的0.5％)，控制混合物料加入速度，制备出HDPE-g-(DAP-co-GMA)高接枝率接枝物。挤出机
由料斗至口模温度为：160℃、170℃、180℃、185℃、190℃、185℃。
(2)增容专用料的制备
将HDPE，HDPE-g-(DAP-co-GMA)接枝物、PET进行烘干处理。将干燥后的物料与抗氧
剂按如下的质量百分比进行混合，最后在挤出机中进行挤出造粒。挤出机由料斗至口模温
度为：120℃、250℃、260℃、270℃、280℃、270℃。
物料的重量份数为：
HDPE为55～85份；PET为10～30份；HDPE-g-(DAP-co-GMA)为5～15份；抗氧剂1010
为0.3～0.5份；
(3)微纤增强共混物的制备
将上述增容专用料烘干后，采用专门的拉丝牵引装置进行拉伸牵引，通过牵引装
置的转速控制拉伸比，拉伸后的物料在15～25℃的水槽中冷却定型，获得拉伸比为4的物
料。
(4)切粒
将冷却定型的物料集束后，切成长径比为10的颗粒料。
(5)注塑成型
将上述长径比为10的颗粒料烘干后注塑成测试样条，并将样条在100℃下处理12h
后进行力学性能测试。注塑机由料斗至口模处的各段温度为150℃、160℃、170℃、180℃。
实例二
将实例一步骤(1)中DAP与GMA的单体摩尔比变为0.2，其它同实例一。
实例三
将实例一步骤(1)中DAP与GMA的单体摩尔比变为0.8，其它同实例一。
实例四
将实例一步骤(1)中GMA与DAP单体总质量变为HDPE总质量的5％，其它同实例一。
实例五
将实例一步骤(1)中GMA与DAP单体总质量变为HDPE总质量的15％，其它同实例一。
实例六
改变实例一步骤(3)中拉伸牵引速度，获得拉伸比为6的物料，其它同实例一。
实例七
改变实例一步骤(3)中拉伸牵引速度，获得拉伸比为9的物料，其它同实例一。
实例八
改变实例一步骤(3)中拉伸牵引速度，获得拉伸比为16的物料，其它同实例一。
实例九
改变实例一步骤(4)中切粒长径比，获得长径比为15的颗料，其它同实例一。
实例十
改变实例一步骤(4)中切粒长径比，获得长径比为30的颗料，其它同实例一。
实例十一
改变实例一步骤(4)中切粒长径比，获得长径比为45的颗料，其它同实例一。
实例十二
将实例一步骤(1)中引发剂为DCP与DTBH，各占重量的50％，其它同实例一。
实例十三
未经过任何改性处理的纯HDPE8008。
实例十四
将实例一步骤(1)中DAP与GMA混合单体改为相同质量的马来酸酐(MAH)，其它同实
例六。
性能检测：参考GB/T1040-1992中的测试方法对实施例各个纤维增强共混物的力
学性能测试，数据列于表1
表1实施例性能测试
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由以上数据可知，本发明采用新型增容剂—HDPE-g-(DAP-co-GMA)接枝物，制备了
高性能的HDPE/PET微纤增强共混物，使得HDPE的拉伸强度显著提高，这对于扩展HDPE的应
用领域具有极其重要的意义。
以上对本发明所提供的一种高性能HDPE/PET原位微纤增强共混物的制备新方法
进行了详细介绍。尽管已经详细描述了本发明的实施方式，但是应该理解的是，在不偏离本
发明的精神和范围的情况下，可以对本发明的实施方式做出各种改变、替换和变更。