熔融共混改性是提高高分子材料力学性能的一种有效方法［1］。一般地，加入玻璃纤维和无机填料可以使聚合物材料的力学性能得到增强［2］，另有研究表明，PVC中加入一定量的环氧树脂，也可在一定程度上提高PVC的力学性能［3，4］。将功能化的环氧树脂加入到PET中，可增加其熔体强度，从而使其更适于挤出制备PET发泡材料［5］。此外，有研究者通过动态交联的方法，使环氧树脂均匀地分散到PP基体中，在一定程度上提高了PP的刚性和强度［6—8］，另有研究者对PP/碳纤维/环氧树脂复合材料的结构与性能进行了研究［9，10］。除PP外，聚烯烃中的另一个重要品种PE的应用日益广泛，但其力学强度较低，限制了它在工程材料方面的应用。许多研究者对PE的改性进行了研究［11］，而PE材料的力学性能很大程度上依赖于分子结构和形态结构［12，13］，因此对PE进行增强改性时可从这方面入手，所制得的增强材料适用于制作电子、汽车等领域对材料刚硬度要求较高的结构零件。本研究先后将马来酸酐和环氧树脂引入到PE中，通过熔融共混制备环氧树脂增强聚乙烯材料，并使环氧树脂和马来酸酐接枝PE发生官能团之间的反应，以期促进环氧树脂对PE的增强效果。
1·实验部分
1．1主要原料
HDPE(MH602):上海石化公司，熔体指数为6．0g/10min(190℃，21．6kg);环氧树脂(E-44):巴陵石化公司，环氧当量为210～250g/eq，环氧值为0．40～0．47eg/100g，挥发份含量小于1．0%;聚酰胺固化剂(LM-650):镇江丹宝聚合物公司，分子量为600～1100，胺值为200±20;马来酸酐(MAH):广东西陇化工公司;过氧化二异丙苯(DCP):国药集团化学试剂厂。
1．2主要设备
双螺杆挤出机，SJSH-30，南京橡塑机械厂;双辊机:XSK-160，杭州苏桥佳迈机械设备有限公司;平板硫化机:KY6003，江都市开源试验机械厂;冲击实验机:XJJ-5，河北承德实验机公司;电子拉力实验机:RGD-5，深圳瑞格尔仪器有限公司;红外光谱仪:Spectrum One，美国PE公司;扫描电镜仪:JSM-6360LV，JEOL公司。
1．3样品制备
将PE，MAH，DCP和其它助剂按一定比例混合均匀，在双螺杆挤出机上将PE熔融接枝制成PE-g-MAH［14］。将PE-g-MAH(或PE)在双辊机上塑化，再加入一定比例的环氧树脂和聚酰胺固化剂的混合物，在双辊机上混炼均匀，前后辊温度分别为120℃和150℃。将制得的环氧树脂增强聚乙烯材料在平板硫化机上热压成片。
1．4测试与表征
力学性能测试:拉伸试验按GB/T1040-90进行;弯曲试验按GB/T9341-88进行;冲击试验按GB1043-93进行。
红外光谱分析:将PE-g-MAH热压成膜，在膜上涂一层环氧树脂和聚酰胺固化剂的混合物，待其固化后进行红外光谱仪测试，并与环氧树脂增强聚乙烯膜的红外光谱图进行对比分析。
扫描电镜观测:将样品在液氮中深冷后的脆断面真空镀金，用扫描电镜观察断面的形貌。
2·结果与讨论
2．1力学性能
表1为纯聚乙烯和环氧树脂增强聚乙烯(PE/EP)的准静态力学性能。从表1可见，当EP含量为5%时，与未接枝化处理的纯PE直接与EP和固化剂共混的产品(2号样品)相比，接枝化处理的PE所制得的PE/EP材料(3号样品)力学性能较好，尤其是具有较好的断裂伸长率和冲击强度。这表明PE的接枝化处理能提高共混材料的力学性
能，这与马来酸酐接枝对共混物的增容作用，即PE的接枝化处理促进了PE与EP的相容性有关［15］。
从表1可见，接枝化处理的PE所制得的PE/EP材料中(3，4，5，6号样品)，随着环氧树脂含量增加，PE/EP材料的弯曲强度逐渐增大，这表明环氧树脂的加入使PE的刚度得到了提高，这与环氧树脂本身的刚硬特性有关。从表1可见，随着环氧树脂含量增加，PE/EP 材料的的拉伸强度和断裂伸长率先增加后降低，这可能是由于少量的环氧树脂在PE/EP体系中发生了交联、固化的化学反应，从而增加了共混材料的抗拉强度，而环氧树脂含量过多时，可能使得体系内部变得不均匀。从表1可见，环氧树脂增强聚乙烯的冲击强度略低于纯PE(1号样品)，这可能与环氧树脂本身的脆性有关。从表1总体来看，环氧树脂含量在10%左右时，PE/EP材料的力学性能较好，尤其是弯曲强度比纯PE高出60%左右，表明PE/EP材料具有良好的刚硬
度。
2．2红外光谱分析
为探讨环氧树脂与PE-g-MAH之间的化学反应，我们对表面涂有聚酰胺固化的环氧树脂涂层的PE-g-MAH膜(样品A)进行了红外光谱分析，并与环氧树脂增强聚乙烯膜(样品B)的红外光谱图进行了对比分析，其结果如图1所示。由于环氧树脂涂层是在室温下涂到PE-g-MAH膜上的，而PE-g-MAH在室温下与环氧树脂之间不会发生反应，所以样品A的红外光谱图是PE-g-MAH的红外光谱与聚酰胺固化环氧树脂的红外光谱的简单叠加。环氧树脂增强聚乙烯制备时，环氧树脂与PE-g-MAH是在熔融状态下混合的，如果环氧树脂与PE-g-MAH分子的MAH基团发生了反应，那么在样品B的红外光谱图中，不但包括PE-g-MAH的红外光谱与聚酰胺固化环氧树脂的红外光谱的简单叠加，并且应该包括环氧树脂与PE-g-MAH发生官能团间反应生成的官能团的红外光谱特征峰。因此，我们对比样品A和样品B的红外光谱图，可以对环氧树脂增强聚乙烯材料中环氧树脂与PE-g-MAH之间的化学反应进行探讨。
由图1可见，样品A在916cm－1处有明显的环氧基团特征峰，而在样品B则没有观测到这个峰。这表明在熔融共混制备环氧树脂增强聚乙烯材料的过程中，环氧树脂的环氧基团发生了化学反应，并且基本反应完全，因此在样品B的红外光谱中没有观测到环氧基团的特征峰。由图1的结果还可以发现，样品A在1780cm－1处有明显的MAH的C O特征峰，且在1562cm－1处有明显的聚酰胺固化剂的N-H特征峰，而在样品B的红外光谱图中，聚酰胺固化剂的N-H特征峰基本消失，MAH的C O特征峰也很小。这表明在熔融共混制备环氧树脂增强聚乙烯材料的过程中，聚酰胺固化剂和MAH都发生了化学反应，聚酰胺固化剂反应的较为完全，MAH则只有一部分发生了反应。聚酰胺固化剂与PE-g-MAH发生的分子间反应可以释放出水分子;而聚酰胺固化剂与PE-g-MAH发生反应后，聚
酰胺固化剂分子上另外的氨基还可能继续与环氧树脂发生反应，这种分子间的连结可能使环氧树脂与PE之间的结合力增加，从而促进环氧树脂对PE的增强效果。
2．3形态分析
图2为在双辊机上采用熔融共混法制备出的环氧树脂增强聚乙烯材料半成品的外部形貌。从图2中可看到，环氧树脂增强聚乙烯半成品的外表面凹凸不平，从其外观上也可看到，这种在双辊机上制备出的材料半成品的内部和表面存在很多孔洞和空隙。这表明材料在制备过程中有气体放出，这种气体可能是熔融共混法制备出的环氧树脂增强聚乙烯材料过程中，PE-g-MAH与聚酰胺固化剂分子反应放出水分子，这与红外光谱的分析结果相符。
图3为纯聚乙烯样品在液氮中深冷后的脆断面形貌，以及环氧树脂增强聚乙烯半成品在平板硫化机上热压成片后，所制得的样品在液氮中深冷后的脆断面形貌。由图3a可见，纯聚乙烯样品的脆断面比较平整，表明其内部组成比较均一;而相比较而言，环氧树脂增强聚乙烯样品(图3b)的脆断面则呈现不平整的凹凸形貌，这表明聚乙烯中加入环氧树脂和其它助剂后，材料的内部形态结构发生了改变，这与熔融共混法制备出的环氧树脂增强聚乙烯材料过程中发生化学反应并放出小分子物质有关，这亦与红外光谱的分析结果相符。
图3纯聚乙烯和环氧树脂增强聚乙烯样品的内部形貌
3·结论
a)通过熔融共混的方法，先后将马来酸酐和环氧树脂引入到PE中，制备出了环氧树脂增强聚乙烯材料，与纯PE相比，环氧树脂增强聚乙烯材料的弯曲强度有较大提高。
b)在熔融共混制备环氧树脂增强聚乙烯材料的过程中，环氧树脂与马来酸酐接枝PE发生了官能团之间的反应，促进了环氧树脂对PE 的增强效果。聚乙烯中加入环氧树脂和其它助剂后，材料的内部形态结构发生了改变。环氧树脂含量较低时，样品中的环氧树脂在聚乙烯中得到了较好的分散。