刘 笑，吴阳江，吴冬燕，张正中，刘 昊

（苏州工业职业技术学院 江苏 苏州 215104）

1 引言

聚合物严格意义上包含低聚物和高聚物，高分子与聚合物的概念大部分相交叠。一般而言，聚合物代表的是高聚物，因此聚合物在绝大多数情况下和高分子是同义词。高分子材料有天然和非天然之分，天然高分子有较长使用历史，但非天然高分子的出现距今不到两百年，经过一百多年，特别是近五六十年的高速发展，高分子材料作为材料的一种，已遍布人类生产生活等经济活动的方方面面，成为与无机非金属材料、金属材料并列的重要材料。

从特性视角来看，高分子材料可以分为塑料、纤维、橡胶、涂料、粘合剂以及复合材料六种。高分子材料一般具有电绝缘性、低热传导性以及一定程度的弹性与拉伸性能。此外，根据需要，可以对高分子材料进行改性或设计合成，形成某些功能性高分子，具有诸如一定的刚性、电激活性、耐火性、类生物酶等其他特性。

聚乙烯(PE)是一种常见的工业聚合物，绝缘性、延展性相对较好，但应用时在力学性能方面却存在一些不足，需要对其进行改性后才能使用，近年来，针对聚乙烯力学性能优化的改性方法如下。

2 聚乙烯改性方法概述

PE是一种热塑性材料，其工业化生产始于上世纪三十年代，兼具价格低廉，加工方便的优点，需求量较大。PE从密度上划分，可以分为高密度、中密度和低密度三种。高密度PE通过低压方式制造，表面硬度较高，环境耐受力较强，广泛应用于各类管材、片材的生产中。中密度PE的性能介于高密度和低密度PE之间，在薄膜及容器中经常被使用。低密度PE，材质较软，透明性较好，主要用来制造塑料袋及保温膜等。其中，线性低密度PE透明度略差，但具有良好的低温韧性和较高的模量，有一定的抗冲击性能。

当PE本身所具有的属性不满足应用环境的要求是，常采用改性的方法对其某项性能进行针对性的调整。从改性的途径来看，可将改性方法分为化学类方法和物理类方法，方法介绍和该方面的相关研究进展如下。

2.1 化学类改性方法

PE的化学类改性伴随着PE应用领域的持续进展，一直活跃在研究和工业生产中，其改性途径主要包括支化法和交联法等方法。

对PE进行支化改性，主要是对其分子链进行其他官能团或链的接枝，从而实现浸润性、弹性及粘结性等性能的调控。Bubeck在其文章中指出，长的支链通过茂金属接入线性高分子链中，能有效提升其剪切稀释特性，并对熔融体的弹性有较大加强[1]。付朝霞等研究者把马来酸酐接枝PE用于Al(OH)3和PE的体系中，有效改善了粘结性，提升了体系的力学性能，并使混合溶体的流动性得到改善[2]。

化学反应交联和辐照交联是交联改性的两种基本方式，对PE而言，辐照方式简单易行，但辐照对材料纵向厚度有要求，且要考虑PE链在辐照中的断裂情形；化学反应方式限制较略少，效率较高，但需要引入新的化学物质。Kang等研究者使用二叔丁基过氧化物作为交联剂，系统研究了高密度PE在交联剂作用下的交联情况，指出温度控制在该化学交联方式中相比剪切速率有着更大的影响[3]。Berger等研究者利用电子束辐照的方式，实现了PE的交联，所获得的交联材料对小分子碳氢化合物渗透的阻挡性能比未辐照的PE有大幅增强[4]。

2.2 物理类改性方法

共混法和填充法是PE常用的物理类改性方法，搜索文献可以发现，许多课题组在这两种方法上有非常多的尝试。

共混改性是在将两种不同的高分子按一定的比例，充分混合后形成新的共混物来实现某些性能优化的方法，该方法成本低廉，性能调控范围较宽，工艺流程相对简单。李健等人通过熔融共混的方法，选用一种乙烯-丁烯的共聚物对PE材料进行改性，并对其结晶性能、流变行为和力学性能进行了研究，结果发现新的共混物熔融温度提升，黏度大幅下降，力学性能仍能得到保持，并具有更好的流动性和加工性能[5]。Swan等研究者针对两种重均分子量不同的高密度PE共混体系，其密度低于原始两种混合前的材料，研究两者组分对材料膨胀系数的影响，分析得出其中重均分子量较高的含量约为40%时，材料的膨胀系数达到最高[6]。

填充改性通常是针对热塑性高分子材料，通过在其中加入无机颗粒来构建复合体系，使材料的某些性能得到优化。PE作为电缆包层常用的一种材料，在实际应用中，为了提升其安全性，一般会在其中添加阻燃剂。在阻燃效果方面，含卤族元素的阻燃剂表现出优异的性能，但存在污染环境危害健康的风险，限制了其进一步的应用。许多无机颗粒可以作为环境友好型的阻燃剂，即使在燃烧中也不会产生危害环境的毒性物质。刘岩等研究者通过双螺杆挤出的方法，制备二氧化钛和低密度PE的共混复合材料，对其力学性能、热性能和微观结构进行研究，实验数据显示，复合材料的拉伸强度和断裂伸长率有了提高，并且发现热稳定性得到了增强，在一定填充范围内二氧化钛未发生明显的团聚现象[7]。刘钰馨等研究者向低密度线性PE材料添加纳米碳酸钙粉末，研究了形成复合体系中PE的结晶行为，数据结果显示纳米碳酸钙能够使其中的有机组分晶体生长更完善，有利于降低低密度PE晶体被外界应力的破坏程度[8]。

3 聚乙烯改性方法展望

材料应用性能的优化与其微观结构的调控密不可分，作为结晶的聚合物材料，PE的力学性能与其结晶过程中晶区与非晶区的状态有直接关系。空间受限法是影响聚合物结晶生长过程的重要技术手段，由于其具有较强的可操作性以及成本相对低廉等优点，被部分聚合物材料公司所使用。在聚合物材料生产中添加金属粉末可影响其内部凝聚态结构，进而显著改变材料的力学性能。在PE中填充金属粉末，能够通过聚合物内的异质结构显著影响PE的晶体生长，并借助填充浓度和颗粒大小的调节对晶体生长过程与体系结构进行有效控制。PE材料在其晶体受控生长和微观结构的关系方面已有一些研究者的结果，但如何通过填充工艺设计与填充材料性状选择去提升力学强度，在未来还非常需要系统的研究。