2022年混凝土结构原理.矩形箍筋约束混凝土 .pdf

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1、4.2 矩形箍筋约束混凝土1约束作用机理1受力破坏过程小配箍率时3.0t的破坏过程及特征应力接近素混凝土单轴抗压强度前，应力应变曲线和素混凝土的应力应变曲线基本相同。 其中ccf4. 0时， 应力应变关系为直线，ccf4 .0后，应力应变曲线开始微凸。应力接近单轴抗压强度时61017001500,pccf ，箍筋应变较小610600400st ，约束效果不明显，混凝土抗压强度提高不多。混凝土纵向应力到达峰值 ppcc时，箍筋应力有所增长但仍未屈服6101200900st ；混凝土应力较单轴抗压强度有所提高ccccff ，但增长不大。混凝土纵向应变在峰值应变前后pcc11.185.0 ，试件出现

2、沿纵筋外缘的竖向裂缝，约束混凝土进入软化段。混凝土应变超过峰值应变后 pcc ，随着混凝土纵向压应变的增加，裂缝不断出现、发展、贯穿，混凝土膨胀急剧发展泊松比增大，箍筋开始屈服，混凝土的应变到达61045003000c。此时箍筋的约束效应最大，混凝土尚未到达三轴抗压强度。接近破坏时，保护层混凝土开始剥落，钢筋全部外露。箍筋全部屈服甚至个别拉断，约束区混凝土的破坏大多为斜剪破坏 ，由于箍筋未被全部拉断，混凝土存在残余抗压强度。此时混凝土的纵向压应变远远高于素混凝土的极限压应变，到达61060004000c。较高配箍率时85. 036.0t的破坏过程及特征上升段应力应变曲线的斜率约束混凝土的弹性模

3、量可能小于素混凝土的弹性模量，原因是箍筋较多，保护层混凝土密实度难以保证、且箍筋内外混凝土的整体性不好。混凝土纵向裂缝出现后，混凝土的膨胀加大，箍筋对混凝土的约束效应出现且很大。约束混凝土的应力应变曲线没有明显的峰值。混凝土出现第一条纵向裂缝和箍筋开始屈服时的纵向应变值接近小配精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 20 页箍率混凝土的相应应变，但不同的是，高配箍率混凝土试件均发生在峰值以前。接近破坏时，约束混凝土抗压强度较单轴抗压强度提高1 倍以上cccpccff2 ，约束混凝土峰值应变为素混凝土峰值应变的10 倍以上6100

4、00,30000,1010ppc 。破坏时，混凝土横向膨胀明显。所有钢筋外露、屈服，箍筋接近圆形，个别箍筋拉断。保护层混凝土全部剥落， 核心混凝土出现 挤压流动 变形，出现局部鼓凸。2矩形箍筋约束机理矩形箍筋约束机理约束分区位置约束力约束力特征约束效果无约束区保护层无无无弱约束区箍筋内侧邻近箍筋的纵向张拉压力和横向索效应压力纵向大横向小弱强约束区对角线区双向箍筋的张拉压力接近 450线强3影响因素体积配箍率、配箍特征值、约束指标t体积配箍率：coristicoristcsttsAalsAVVV,体积强度比、约束指标、配箍特征值、套箍指标：cyttcorcstytccstyttffsdfAfVf

5、Vf4约束指标越大，混凝土抗压强度和峰值应变越大，且增长速度随着约束指标的提高而增大。3.0t时，约束混凝土应力应变曲线没有屈服平台，存在明显峰值，箍筋在混凝土应力到达峰值后屈服。36.0t时，约束混凝土应力应变曲线有屈服平台，没有明显峰值点，箍筋在混凝土应力到达峰值前屈服。界限约束指标为：32.0t矩形箍筋约束混凝土的三轴抗压强度箍筋奉献值corctstAfN系数小于螺旋箍筋的2，说明矩形箍筋的约束效应小于螺旋箍筋的约束效应。箍筋间距 s精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 20 页箍筋间距较大时bs5. 11 ，箍筋约束作

6、用甚微，仅当箍筋间距满足bs时，箍筋才有明显约束作用。对于约束指标t相等而间距存在差异如1 倍时，应力应变曲线在上升段包括峰值应力ccf和峰值应变pc差异甚小。但下降段有明显区别，箍筋间距越小，下降段越高，混凝土残余强度越高、混凝土延性越好。箍筋型式封闭、 1350绑扎箍筋和焊接箍筋的约束效应没有明显差异。复合箍筋减小了钢筋的自由长度、提高了横向约束刚度，对核心混凝土的约束效果更好。在约束指标相等的条件下， 复合箍筋约束混凝土的强度与峰值应变较简单箍筋情况有稍许提高，下降段更为平缓，延性更好。总体情况与简单箍筋差异不大。2矩形箍筋约束混凝土理论模型1Sargin模型(1971) 假定箍筋屈服；

7、根据平衡条件， 计算箍筋约束力， 并假定约束力沿箍筋内侧均匀作用于核心混凝土周围；将约束混凝土简化为半无限空间，将箍筋约束力简化为间距为箍筋间距s的分布集中力， 利用 Boussinesq公式计算核心混凝土内部应力 其中横向约束应力为22232uzfuuu ；规定核芯面积位置两箍筋中间 、利用承载力极值条件确定临界核芯面积202ubAc；计算核芯面积约束应力值；依据 Richart 三轴抗压强度公式，计算约束混凝土抗压强度：22314.16ycccfff，20su确定全截面混凝土抗压强度。2Sheikh模型(1982) 将截面划分为有效约束核芯区和非约束区，箍筋中间截面的有效截面核心区面积最小

8、，截面上核芯区大小ecA 由截面形状角度和高度形状角度决定；有效截面核芯区参数和由实验确定 参数具体含义及取值待查 ；核芯区混凝土三轴抗压强度与箍筋体积配箍率、箍筋工作应力等因素有关；正方形箍筋、纵筋均匀分布约束混凝土的峰值应力为：精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 20 页ssocscccfBsBncPBkff2222215.511401参数具体含义及取值待查约束混凝土的应力应变曲线由四段组成。3矩形箍筋约束混凝土数值方法(1996) 过镇海模型罗苓隆，过镇海.箍筋约束混凝土的受力机理及应力-应变全曲线计算 ,混凝土力学性

9、能性能试验研究,第 6 集,1996对截面进行约束分区；建立箍筋应力与不同分区混凝土约束应力的关系方程；建立不同分区混凝土的本构关系；利用变形协调方程，计算纵向应变与竖向荷载平均应力的数值关系；建立约束混凝土本构关系。4矩形箍筋约束混凝土实验结果(1) 抗压强度CEB-FIP MC90 模型 1990约束应力：ctsnf210纵筋根数影响系数nn381箍筋间距影响系数021bss三轴抗压强度：当cf05.00时，cccff051待查，量刚不对，cf 似乎该在括号内当cf05.00时，cccff05. 2125.1待查，同上当考虑荷载的长期效应时，三轴强度折减15过镇海模型 1986当32.0t

10、时，ctccff5 .01当32.0t时，ctccff9.155. 0(2) 变形特征值峰值应变CEB-FIP MC90 模型 199032102cccccff过镇海模型 1986精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 20 页矩形箍筋约束混凝土峰值应变过镇海，1986表达方式峰值应变pc说明分段描述当32.0t时ptpc5. 21610172700cpf当32.0t时ptpc252.6单一描述tppc35极限应变CEB-FIP MC90 模型 199030105. 32.0ccuf约束应力：ctsnf210(3) 应力应变曲线

11、 CEB-FIP MC90 模型 1990上升段二次抛物线当ccc0时，22cccccccccf下降段平台当cuccc时，cccf曲线参数峰值 应力 长 期荷 载折 减 15 ：cccff051cf05.00或cccff05 .2125. 1cf05.00峰值应变：32102cccccff极限应变：30105 .32 .0ccuf 过镇海模型 1986变量定义pccx，cccfy32.0t无屈服平台，有明显峰值点，双段曲线描述精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页，共 20 页ctccff5 .01ptpc5 .21上升段：当10

12、x时，3,2,223xxxycacaca下降段：当1x时，xxxycd2,1参数取值：对于 C20C30混凝土上升段曲线参数atca8. 11,cuaf01. 04. 2下降段曲线参数dtcd55. 0,75. 11,905. 0132. 0785.0cudf32.0t有屈服平台，无明显峰值点，单曲线描述ctccff9 .155.0ptpc252 .61. 168. 051.037.012.0 xxxy胡海涛模型清华大学，1990，适合于高强混凝土上升段：当10 x时，3,2,223xxxycacaca下降段：当1x时，xxxycd2,1tccaf5 .31029. 077.2,452,101

13、036.29 .11tccdfctccfbsf109.11ptpcbs16 .31Mander 约束混凝土模型 1988(J.B. Mander, M.J.N. Priestly, R. Park. Theoretical Stress-Strain Model for Confined 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页，共 20 页ConcreteJ. Journal of Structural Division, ASCE, Vol.114, No.8, pp.18041826,August,1988) 基本参数：应力应变

14、曲线：单一曲线描述，当cuc0时，rcccxrxrf1约束混凝土相对应变：cccx约束混凝土应力应变曲线系数：secEEErcc素混凝土弹性模量 MPa ：ccfE5000约束混凝土峰值割线模量：ccccfEsec约束混凝土抗压强度：clclcccffffff294.71254.2254.1圆形截面约束混凝土极限应变：cchuyhscuff4 .1004.0约束混凝土峰值应变：151cccpcccff有效约束应力：圆形截面径向约束应力lf Mpa ：yhselfkf21矩形截面 x方向约束混凝土有效约束应力Mpa ：yhxelxfkf矩形截面y方向约束混凝土有效约束应力 Mpa ：yhyelx

15、fkf矩形截面圆形截面体积配箍率：sddAshs42矩形截面 x方向体积配箍率：sBAsxx矩形截面y方向体积配箍率：sDAsyy精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页，共 20 页有效约束系数：cceeAAk圆形截面有效混凝土核心面积：224sdAe矩形截面有效混凝土核心面积：DsBsWDBAniie2121612cccccAA1符号说明：ccf：约束混凝土抗压强度cc：约束混凝土峰值应变cu：约束混凝土极限应变s：横向钢筋体积配箍率yhf：横向钢筋屈服强度hu：横向钢筋极限应变cccx：约束混凝土相对应变cf ：混凝土单轴抗压强

16、度pc：素混凝土峰值受压应变，一般002. 0pclf ：约束混凝土侧向压应力Mpa lxf ：x 方向约束混凝土有效约束应力Mpa lyf ：y 方向约束混凝土有效约束应力Mpa ek ：有效约束系数eA ：有效混凝土核心面积sxA ：矩形截面平行 x 方向横向钢筋总面积syA ：矩形截面平行 y 方向横向钢筋总面积精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页，共 20 页B：矩形截面约束混凝土核心宽度，至约束钢筋中心D：矩形截面约束混凝土核心长度，至约束钢筋中心iW ：约束钢筋净间距s：约束钢筋垂直净间距中心距离sSheikh 模型(

17、1982) 基本特征： 考虑约束强化效应；采用上升段三段折线下降段描述上升抛物线段当10sc时，2112scsccccf平台段当21scs时，cccf下降直线段当2sc时，ccssscccff3 .015.01285.0,2残余平台段cccf3. 0Kent-Park 模型1971基本特征： 不考虑上升段约束强化效应、 考虑下降段约束效应； 采用上升段二段折线下降段描述上升抛物线段当pcc0时，22pccpccccf下降直线段当pcc时，cpcpcccff2 .05.015. 035 .0104389.6267.20sbffscc率：箍筋内皮间体积配箍：箍筋外皮间宽度；sb下降平台段ccf2.

18、0Bjerkeli 模型 1985基本特征：考虑了混凝土的约束效应； 考虑了高强混凝土的特性； 应力应变曲线为抛物线上升段斜直线、 平台二折线下降段。(见陈肇元： 高强混凝土及其应用。 )精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页，共 20 页聚乙烯 PE 简介化学名称：聚乙烯英文名称： polyethylene ，简称 PE 结构式：聚乙烯是乙烯经聚合制得的一种热塑性树脂，也包括乙烯与少量- 烯烃的共聚物。聚乙烯是五大合成树脂之一，是我国合成树脂中产能最大、进口量最多的品种。聚乙烯的性能1. 一般性能聚乙烯为白色蜡状半透明材料，柔而韧

19、，比水轻，无嗅、无味、无毒，常温下不溶于一般溶剂，吸水性小，但由于其为线性分子可缓慢溶于某些有机溶剂，且不发生溶胀。工业上为使用和贮存的方便通常在聚合后加入适量的塑料助剂进行造粒，制成半透明的颗粒状物料。PE 易燃，燃烧时有蜡味，并伴有熔融滴落现象。 聚乙烯的性质因品种而异，主要取决于分子结构和密度，也与聚合工艺及后期造粒过程中加入的塑料助剂有关。2. 力学性能PE 是典型的软而韧的聚合物。除冲击强度较高外，其他力学性能绝对值在塑料材料中都是较低的。 PE密度增大，除韧性以外的力学性能都有所提高。LDPE由于支化度大，结晶度低，密度小，各项力学性能较低，但韧性良好，耐冲击。HDPE 支化度小，

20、结晶度高，密度大，拉伸强度、刚度和硬度较高，韧性较差些。相对分子质量增大， 分子链间作用力相应增大， 所有力学性能， 包括韧性也都提高。几种 PE的力学性能见表 1-1。表 1-1 几种 PE力学性能数据性能LDPE LLDPE HDPE 超高相对分子质量聚乙烯邵氏硬度 (D) 拉伸强度 MPa 拉伸弹性模量MPa 压缩强度 MPa 缺口冲击强度kJm-2弯曲强度 MPa 4146 720 100300 12.5 8090 1217 4050 1525 250550 70 1525 6070 2137 4001300 22.5 4070 2540 6467 3050 150800 100 精选

21、学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页，共 20 页PE 受热后，随温度的升高，结晶部分逐渐熔化，无定形部分逐渐增多。其熔点与结晶度和结晶形态有关。HDPE 的熔点约为 125137，MDPE 的熔点约为126134，LDPE 的熔点约为 105115。相对分子质量对PE的熔融温度基本上无影响。PE的玻璃化温度 Tg随相对分子质量、结晶度和支化程度的不同而异，而且因测试方法不同有较大差异，一般在-50以下。 PE在一般环境下韧性良好，耐低温性 (耐寒性 ) 优良，PE的脆化温度 (Tb) 约为-80-50，随相对分子质量增大脆化温度降

22、低，如超高相对分子质量聚乙烯的脆化温度低于-140。PE的热变形温度 ( THD) 较低，不同 PE的热变形温度也有差异， LDPE 约为 3850，下同 )，MDPE 约为 5075，HDPE 约为 6080。PE的最高连续使用温度不算太低， LDPE 约为 82100，MDPE 约为 105121，HDPE 为 121，均高于 PS和 PVC 。PE的热稳定性较好，在惰性气氛中，其热分解温度超过300。PE 的比热容和热导率较大，不宜作为绝热材料选用。PE 的线胀系数约在(1530)10-5K-1之间，其制品尺寸随温度改变变化较大。几种 PE的热性能见表 1-2。表 1-2 几种 PE热性

23、能性能LDPE LLDPE HDPE 超高相对分子质量聚乙烯熔点热降解温度 ( 氮气 ) 热变形温度 (0.45MPa) 脆化温度线性膨胀系数 ( 10-5K-1) 比热容 J(kg K)-1热导率 / W(mK)-1105115 300 3850 -80-50 1624 22182301 0.35 120125 300 5075 -100 -75 125137 300 6080 -100 -70 1116 19252301 0.42 190210 300 7585 -140 -70 PE分子结构中没有极性基团，因此具有优异的电性能，几种PE的电性能见表 1-3。PE的体积电阻率较高， 介电常

24、数和介电损耗因数较小，几乎不受频率的影响，因而适宜于制备高频绝缘材料。它的吸湿性很小，小于0.01 质量分数 ，电性能不受环境湿度的影响。尽管 PE具有优良的介电性能和绝缘性，但由于耐热性不够高，作为绝缘材料使用，只能到达Y级工作温度 90 。表 1-3 聚乙烯的电性能精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页，共 20 页性能LDPE LLDPE HDPE 超高相对分子质量聚乙烯体积电阻率 / cm 介电常数 /F m-1106Hz介电损耗因数106Hz介电强度 /kV mm-1101620 1016 4570 10161828 1

25、01735 5. 化学稳定性PE 是非极性结晶聚合物，具有优良的化学稳定性。室温下它能耐酸、碱和盐类的水溶液，如盐酸、氢氟酸、磷酸、甲酸、醋酸、氨、氢氧化钠、氢氧化钾以及各类盐溶液 (包括具有氧化性的高锰酸钾溶液和重铬酸盐溶液等) ， 即使在较高的浓度下对 PE也无显著作用。但浓硫酸和浓硝酸及其他氧化剂对聚乙烯有缓慢侵蚀作用。PE 在室温下不溶于任何溶剂，但溶度参数相近的溶剂可使其溶胀。随着温度的升高， PE 结晶逐渐被破坏，大分子与溶剂的作用增强，当到达一定温度后PE可溶于脂肪烃、芳香烃、卤代烃等。如LDPE能溶于 60的苯中， HDPE 能溶于 8090的苯中，超过 100后二者均可溶于甲

26、苯、三氯乙烯、四氢萘、十氢萘、石油醚、矿物油和石蜡中。但即使在较高温度下PE仍不溶于水、脂肪族醇、丙酮、乙醚、甘油和植物油中。PE 在大气、阳光和氧的作用下易发生老化，具体表现为伸长率和耐寒性降低，力学性能和电性能下降，并逐渐变脆、产生裂纹，最终丧失使用性能。为了防止 PE的氧化降解， 便于贮存、 加工和应用， 一般使用的 PE原料在合成过程中已加入了稳定剂，可满足一般的加工和使用要求。如需进一步提高耐老化性能，可在 PE中添加抗氧剂和光稳定剂等。PE分子链主要由碳、 氢构成，本身毒性极低， 但为了改善 PE性能，在聚合、成型加工和使用中往往需添加抗氧剂和光稳定剂等塑料助剂，可能影响到它的卫生

27、性。树脂生产厂家在聚合时总是选用无毒助剂，且用量极少， 一般树脂不会受到污染。PE长期与脂肪烃、芳香烃、卤代烃类物质接触容易引起溶胀，PE中有些低相对分子质量组分可能会溶于其中，因此，长期使用PE容器盛装食用油脂会产生一种蜡味，影响食用效果。1.1.2 聚乙烯的分类精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页，共 20 页聚乙烯的生产方法不同，其密度及熔体流动速率也不同。按密度大小主要分为低密度聚乙烯LDPE 、线型低密度聚乙烯LLDPE 、中密度聚乙烯MDPE 、高密度聚乙烯HDPE 。其中线性低密度聚乙烯属于低密度聚乙烯中的一种，是

28、工业上常用的聚乙烯，其他分类法有时把MDPE 归类于HDPE或 LLDPE 。按相对分子质量可分为低相对分子质量聚乙烯、普通相对分子质量聚乙烯、超高相对分子质量聚乙烯。按生产方法可分为低压法聚乙烯、中压法聚乙烯和高压法聚乙烯。1. 低密度聚乙烯英文名称： Low density polyethylene，简称 LDPE 低密度聚乙烯，又称高压聚乙烯。0.925g/cm3，质轻，柔性，具有良好的延伸性、电绝缘性、化学稳定性、加工性能和耐低温性可耐- 70，但力学强度、隔湿性、隔气性和耐溶剂性较差。分子结构不够规整，结晶度较低 55% 65% ，熔点 105115。LDPE可采用热塑性成型加工的各

29、种成型工艺，如注射、挤出、吹塑、旋转成型、涂覆、发泡工艺、热成型、热风焊、热焊接等，成型加工性好。主要用作农膜、工业用包装膜、药品与食品包装薄膜、机械零件、日用品、建筑材料、电线、电缆绝缘、吹塑中空成型制品、涂层和人造革等。2. 高密度聚乙烯英文名称： High Density Polyethylene，简称 HDPE 高密度聚乙烯，又称低压聚乙烯。无毒、无味、无臭，白色颗粒，分子为线型结构，很少有支化现象, 是典型的结晶高聚物。力学性能均优于低密度聚乙烯，熔点比低密度聚乙烯高，约125137，其脆化温度比低密度聚乙烯低，约 -100-7 0， 0.960g/cm3。常温下不溶于一般溶剂，但在

30、脂肪烃、芳香烃和卤代烃中长时间接触时能溶胀，在 70以上时稍溶于甲苯、醋酸中。在空气中加热和受日光影响发生氧化作用。能耐大多数酸碱的侵蚀。吸水性小，具有良好的耐热性和耐寒性，化学稳定性好，还具有较高的刚性和韧性，介电性能、耐环境应力开裂性亦较好。HDPE 可采用注射、挤出、吹塑、滚塑等成型方法，生产薄膜制品、日用精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 13 页，共 20 页品及工业用的各种大小中空容器、管材、包装用的压延带和结扎带，绳缆、鱼网和编织用纤维、电线电缆等。3. 线性低密度聚乙烯英文名称： Linear Low Density P

31、olyethylene，简称 LLDPE 线形低密度聚乙烯被认为是“第三代聚乙烯”的新品种，是乙烯与少量高级 - 烯烃 ( 如丁烯 -1 、己烯 -1 、辛烯 -1 、四甲基戊烯 -1 等) 在催化剂作用下，经高压或低压聚合而成的一种共聚物，为无毒、无味、无臭的乳白色颗粒，密度 0.918 0.935g/cm3。与 LDPE相比，具有强度大、韧性好、刚性大、耐热、耐寒性好等优点，且软化温度和熔融温度较高，还具有良好的耐环境应力开裂性，耐冲击强度、耐撕裂强度等性能。并可耐酸、碱、有机溶剂等。LLDPE可通过注射、挤出、吹塑等成型方法生产农膜、包装薄膜、复合薄膜、 管材、中空容器、电线、电缆绝缘层

32、等。 由于不存在长支链， LLDPE的 65 70用于制作薄膜。4. 中密度聚乙烯英文名称： Medium density polyethylene，简称 MDPE 中密度聚乙烯是在合成过程中用- 烯烃共聚，控制密度而成。MDPE 的密度为 0.926 0.953g/cm3，结晶度为70 80，平均相对分子质量为20万，拉伸强度为824MPa ， 断裂伸长率为50 60，熔融温度 126135，熔体流动速率为0.1 35g10min，热变形温度 (0.46MPa)49 74。 MDPE 最突出的特点是耐环境应力开裂性及强度的长期保持性。MDPE 可用挤出、注射、吹塑、滚塑、旋转、粉末成型加工方

33、法，生产工艺参数与 HDPE 和 LDPF相似，常用于管材、薄膜、中空容器等。5. 超高相对分子质量聚乙烯英文名称： ultra-high molecular weight polyethylene，简称 UHMWPE 超高相对分子质量聚乙烯冲击强度高，耐疲劳，耐磨，是一种线型结构的具有优异综合性能的热塑性工程塑料。其相对分子质量到达300600 万，密度 0.936 0.964g/cm3，热变形温度 (0. 46MPa)85 ，熔点 130136。UHMWPE因相对分子质量高而具有其他塑料无可比拟的优异性能，如耐冲击、耐磨损、自润滑性、耐化学腐蚀等性能，广泛应用于机械、运输、纺织、精选学习资

34、料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 14 页，共 20 页造纸、矿业、农业、化工及体育运动器械等领域，其中以大型包装容器和管道的应用最为广泛。另外，由于超高相对分子质量聚乙烯优异的生理惰性，已作为心脏瓣膜、矫形外科零件、人工关节等在临床医学上使用，而且，超高相对分子质量聚乙烯耐低温性能优异，在- 40时仍具有较高的冲击强度，甚至可在 -269下使用。超高相对分子质量聚乙烯纤维的复合材料在军事上已用作装甲车辆的壳体、雷达的防护罩壳、头盔等；体育用品上已制成弓弦、雪橇和滑水板等。由于超高相对分子质量聚乙烯熔融状态的粘度高达108Pas，流动性极差，其

35、熔体流动速率几乎为零，所以很难用一般的机械加工方法进行加工。近年来，通过对普通加工设备的改造，已使超高相对分子质量聚乙烯由最初的压制 - 烧结成型发展为挤出、吹塑和注射成型以及其他特殊方法的成型。6. 茂金属聚乙烯茂金属聚乙烯 (mPE)是近年来迅速发展的一类新型高分子树脂，其相对分子质量分布窄， 分子链结构和组成分布均一，具有优异的力学性能和光学性能，已被广泛应用于包装、电气绝缘制品等。1.1.3 聚乙烯的成型加工PE的熔体粘度比PVC低，流动性能好，不需加入增塑剂已具有很好的成型加工性能。前文已介绍了各类聚乙烯可采用的成型加工方法，下面主要介绍在成型过程中应注意的几个问题。聚乙烯属于结晶性

36、塑料，吸湿小，成型前不需充分干燥，熔体流动性极好，流动性对压力敏感，成型时宜用高压注射，料温均匀，填充速度快，保压充分。不宜用直接浇口，以防收缩不均，内应力增大。注意选择浇口位置，防止产生缩孔和变形。PE 的热容量较大，但成型加工温度却较低，成型加工温度确实定主要取决于相对分子质量、密度和结晶度。LDPE在 180左右， HDPE在 220左右，最高成型加工温度一般不超过280。熔融状态下， PE 具有氧化倾向，因而，成型加工中应尽量减少熔体与空气的接触及在高温下的停留时间。PE 的熔体粘度对剪切速率敏感，随剪切速率的增大下降得较多。当剪切精选学习资料 - - - - - - - - - 名师

37、归纳总结 - - - - - - -第 15 页，共 20 页速率超过临界值后，易出现熔体破裂等流动缺陷。制品的结晶度取决于成型加工中对冷却速率的控制。不管采取快速冷却还是缓慢冷却， 应尽量使制品各部分冷却速率均匀一致，以免产生内应力， 降低制品的力学性能。收缩范围和收缩值大(一般成型收缩率为1.5 5.0 ) ，方向性明显，易变形翘曲，冷却速度宜慢，模具设冷料穴，并有冷却系统。软质塑件有较浅的侧凹槽时，可强行脱模。1.1.4 聚乙烯的改性聚乙烯属非极性聚合物， 与无机物、 极性高分子相容性弱， 因此其功能性较差，采用改性可提高 PE 的耐热老化性、高速加工性、冲击强度、粘接性、生物相容性等性

38、质。常用的改性方法包括物理改性和化学改性。1. 物理改性物理改性是在 PE 基体中加入另一组分 ( 无机组分、有机组分或聚合物等 ) 的一种改性方法。常用的方法有增强改性、共混改性、填充改性。1增强改性增强改性是指填充后对聚合物有增强效果的改性。加入的增强剂有玻璃纤维、碳纤维、石棉纤维、合成纤维、棉麻纤维、晶须等。自增强改性也属于增强改性的一种。自增强改性。 所谓自增强就是使用特殊的加工成型方法，使得材料内部组织形成伸直链晶体， 材料内部大分子晶体沿应力方向有序排列，材料的宏观强度得到大幅度提高， 同时分子链有序排列将使结晶度提高，从而使材料的强度进一步提高，由于所形成的增强相与基体相的分子结

39、构相同，因而不存在外增强材料中普遍存在的界面问题。 如采用超高相对分子质量聚乙烯(UHMPE) 纤维增强 LDPE ，在加热加压成型的条件下， 可以形成良好的界面， 最大限度发挥基体和纤维的强度。纤维增强改性。 纤维增强聚合物基复合材料由于具有比强度高、比刚度高等优点而得到广泛应用。如采用经KH-550偶联剂处理的长玻璃纤维 (LGF)与PE 复合制备的 PE LGF 复合材料，当 LGF 加入量为 3O ( 质量分数 )、长度约为 35mm 时，复合材料的拉伸强度和冲击强度分别为52.5MPa 和52kJm 。晶须改性。 晶须的加入能够大幅度提高HDPE 材料的力学性能， 包括短期力精选学习

40、资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 16 页，共 20 页学性能及耐长期蠕变性能。 晶须对HDPE 材料的增强作用主要归因于它们之间的良好界面粘接，同时刚性的晶须则能够承担较大的外界应力使复合材料的模量得到提高。纳米粒子增强改性。 少量无机刚性粒子填充 PE 可同时起到增韧与增强的作用。如将外表处理过的纳米 SiO2粒子填充 mLLDPE-LDPE，SiO2纳米粒子均匀分散于基材中，与基材形成牢固的界面结合，当填充质量分数为2时，拉伸强度、断裂伸长率分别提高了 13.7MPa 和174.9。2共混改性共混改性主要目的是改善 PE 的韧性、冲击强

41、度、粘接性、高速加工性等各种缺陷， 使其具有较好的综合性能。 共混改性主要是向 PE 基体中加入另一种聚合物， 如塑料类、 弹性体类等聚合物， 以及不同种类的 PE 之间进行共混。PE 系列的共混改性。 单一组分的 PE 往往很难满足加工要求， 而通过不同种类PE 之间的共混改性可以获得性能优良的PE 材料。如通过 LDPE 与LLDPE 共混，解决了LDPE 因大量添加阻燃剂和抗静电剂等助剂造成力学性能急剧降低的问题；LLDPE 与HDPE 共混后可以提高产品的综合性能。PE 与弹性体的共混改性。 弹性体具有低的外表张力、 较强的极性、 突出的增韧作用， 因此与 PE 共混后，既能保持 PE

42、 的原有性能， 同时也可以制备出具有综合优良性能的 PE 。如LDPE- 聚烯烃弹性体 (POE)共混物，当 POE 的质量分数为 3O 时，共混体系的拉伸强度到达最大值，为21.5 MPa。PE 与塑料的共混改性。聚乙烯具有良好的韧性， 但制品的强度和模量较低，与工程塑料等共混可提高复合体系的综合力学性能。但PE 和这类高聚物的界面问题也是影响其共混物性能的主要原因，因此通常需要加入界面相容剂以提高共混物的力学性能。3填充改性填充改性是在 PE 基质中加入无机填料或有机填料，一方面可以降低成本到达增重的目的，另一方面可提高 PE 的功能性， 如电性能、 阻燃性能等，但同时对复合材料的力学性能

43、和加工性能带来一定程度的影响。无论是无机填料还是有机填料，填料与PE 基体的相容性和界面粘接强度是PE 填充改性必须面临的问题，而PE 是非极性化合物，与填料相容性差，因此，必须对填料进行外表处理。 填料的外表处理一般采用物理或化学方法进行处理，在精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 17 页，共 20 页填料外表包覆一层类似于外表活性剂的过渡层，起“分子桥”的作用，使填料与基体树脂间形成一个良好的粘接界面。常用的填料外表处理技术有： 外表活性剂或偶联剂处理技术、低温等离子体技术、聚合填充技术和原位乳液聚合技术等。PE 中填充木粉、淀粉、

44、废纸粉、滑石粉、碳酸钙等一类填料，不仅可以改善PE 的性能，同时也具有十分重要的健康环保意义。2. 化学改性化学改性的方法主要有接枝改性、共聚改性、 交联改性、 氯化及氯磺化改性和等离子体改性处理等方法。 其原理是通过化学反应在 PE 分子链上引入其他链节和功能基团，由此提高材料的力学性能、耐侯性能、抗老化性能和粘接性能等。1接枝改性接枝改性是指将具有各种功能的极性单体接枝到PE 主链上的一种改性方法。 接枝改性后的 PE 不但保持了其原有特性， 同时又增加了其新的功能。常用的接枝单体有丙烯酸(AA)、马来酸酐 (MA)、马来酸盐、烯基双酚 A醚和活性硅油等。接枝改性的方法主要有溶液法、固相法

45、、熔融法、辐射接枝法、光接枝法等。2共聚改性共聚改性是指通过共聚反应将其他大分子链或官能团引入到PE 分子链中，从而改变 PE 的基本性能。主要改性品种有乙烯-丙烯共聚物塑料、 EVA 、乙烯 - 丁烯共聚物、乙烯- 其他烯烃如辛烯POE 、环烯烃共聚物、乙烯 - 不饱和酯共聚物EAA 、 EMAA 、EEA 、EMA 、EMMA 、EMAH 等。通过共聚反应， 可以改变大分子链的柔顺性或使原来的基团带有反应性官能团，可以起到反应性增容剂的作用。3交联改性交联改性是指在聚合物大分子链间形成了化学共价键以取代原来的范德华力，由此极大地改善了诸如耐热性、耐磨性、弹性形变、耐化学药品性及耐环境应力开

46、裂性等一系列物理化学性能，适于作大型管材、电缆电线以及滚塑制品等。聚乙烯的交联改性方法包括过氧化物交联(化学交联 ) 、高能辐射交联、硅烷接枝交联、紫外光交联。4氯化及氯磺化改性氯化聚乙烯是聚乙烯分子中的仲碳原子被氯原子取代后生成的一种高分子氯化物， 具有较好的耐候性、 耐臭氧性、耐化学药品性、耐寒性、阻燃性和优良的电绝缘性。主要用作聚氯乙烯的改性剂，以改善聚氯乙烯抗冲击性能，氯化聚乙烯本身还可作为电绝缘材料和地面材料。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 18 页，共 20 页氯磺化聚乙烯是聚乙烯经过氯化和氯磺化反应而制得的具有高饱和结

47、构的特种弹性材料，属于高性能橡胶品种。其结构饱和，无发色基团存在，涂膜的抗氧性、耐油性、耐候性、耐磨性和保色性能优异，且耐酸碱和化学药品的腐蚀，已广泛应用于石油、化工等行业。5等离子体改性处理等离子体是由部分电离的导电气体组成，其中包括电子、正离子、负离子，基态的原子或分子、激发态的原子或分子、游离基等类型的活性粒子。在聚乙烯等高分子材料外表改性中主要利用低温等离子体中的活性粒子轰击材料外表， 使材料外表分子的化学键被打开，并与等离子体中的氧、 氮等活性自由基结合， 在高分子材料外表形成含有氧、氮等极性基团， 由于外表增加了大量的极性基团从而能明显地提高材料外表的粘接性、印刷性、染色性等。1.

48、1.5 聚乙烯的应用聚乙烯是通用塑料中应用最广泛的品种，薄膜是其主要加工产品，其次是片材和涂层、瓶、罐、桶等中空容器及其他各种注射和吹塑制品、管材和电线、电缆的绝缘和护套等。主要用于包装、农业和交通等部门。1. 薄膜低密度聚乙烯总产量的一半以上经吹塑制成薄膜, 这种薄膜有良好的透明性和一定的拉伸强度, 广泛用作各种食品、衣物、医药、化肥、工业品的包装材料以及农用薄膜。也可用挤出法加工成复合薄膜用于包装重物。高密度聚乙烯薄膜的强度高、耐低温、防潮，并有良好的印刷性和可加工性。线型低密度聚乙烯的最大用途也是制成薄膜，其强度、韧性均优于低密度聚乙烯，耐刺穿性和刚性也较好，透明性稍优于高密度聚乙烯。此

49、外，还可以在纸、铝箔或其他塑料薄膜上挤出涂布聚乙烯涂层，制成高分子复合材料。2. 中空制品高密度聚乙烯强度较高，适宜成型中空制品。可用吹塑法制成瓶、桶、罐、槽等容器，或用浇铸法制成槽车罐和贮罐等大型容器。3. 管、板材挤出法可生产聚乙烯管材，高密度聚乙烯管强度较高，适于地下铺设。挤出的板材可进行二次加工，也可用发泡挤出和发泡注射法将高密度聚乙烯精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 19 页，共 20 页制成低发泡塑料，作台板和建筑材料。4. 纤维中国称为乙纶，一般采用低压聚乙烯作原料，纺制成合成纤维。乙纶主要用于生产渔网和绳索，或纺成短纤

50、维后用作絮片，也可用于工业耐酸碱织物。超高相对分子质量聚乙烯纤维强度可达34GPa , 可用作防弹背心，汽车和海上作业用的复合材料。5. 杂品用注射成型法生产的杂品包括日用杂品、人造花卉、周转箱、小型容器、自行车和拖拉机的零件等。制造结构件时要用高密度聚乙烯。超高相对分子质量聚乙烯适于制作减震, 耐磨及传动零件。1.1.6 聚乙烯的简易识别方法1外观印象白色蜡状，半透明， HDPE 透明性更差，用手摸制品有滑腻感；LDPE 柔而韧，稍能伸长， HDPE 手感较坚硬。2水中沉浮比水轻，浮于水面。3溶解特性一般熔融后可溶于对二甲苯、三氯苯等。4受热表现温度达 90135以上变软熔融， 315以上分