粉細(xì)砂層改性水玻璃注漿工法_secret

1、粉細(xì)砂層改性水玻璃注漿工法 在隧道和地下工程施工中，特別是在第四紀(jì)沖洪積層中修建隧道，經(jīng)常遇到粉細(xì)砂層。這種地層致密無膠結(jié)，無自穩(wěn)能力，開挖時易坍塌，危及施工安全。普通水泥水玻璃漿液因顆粒太大無法注入這種地層，并且化學(xué)漿液料源少，價格高，有毒性污染，而堿性水玻璃漿液注漿工藝復(fù)雜，穩(wěn)定性差，均不能滿足加固這種地層和堵水的要求。采用改性水玻璃注漿，較好地解決了這一技術(shù)難題。 改性水玻璃即酸性水玻璃。改性水玻璃漿液是采用料源廣、價格低、無污染的普通水玻璃和硫酸為主要原料，摻入少量外加劑配制成的粘度低、可靠性好、凝膠時間可控、穩(wěn)定性好的漿液。把這種漿液通過小導(dǎo)管按一定的擴散半徑及加固范圍以單液方式注入

2、粉細(xì)砂層中，擴散凝膠，把松散的砂粒固結(jié)成一個強度適中的塊體，在隧道周圍形成一個防坍塌、防涌水的固結(jié)圈，從而達到加固和防水的目的。 改性水玻璃漿液的主要性能指標(biāo)如下比 重 1.071.11粘 度 25cp酸堿度 pH46（根據(jù)凝膠時間調(diào)整）凝膠時間 空氣中30240min，細(xì)砂中530min固砂體單軸抗壓強度 0.30.5MPa經(jīng)試驗，改性水玻璃固砂體呈中性，不存在酸堿腐蝕問題。一、工法特點1、所用漿液料源廣，價格低，凝膠時間可控。2、注漿設(shè)備操作方便，移動靈活。二、適用范圍 本工法由于采用的漿液粘度低、凝膠時間可控，固砂強度適中，故特別適宜于第四紀(jì)沖積或洪積粉細(xì)砂層的注漿加固。三、注漿工藝（一

3、）注漿設(shè)計參數(shù)1、注漿終壓：0.40.5MPa2、漿液擴散半徑：0.3m3、注漿范圍：隧道開挖輪廓線外1.01.5m4、導(dǎo)管長度：3.03.5m5、導(dǎo)管間距：0.40.5m6、導(dǎo)管外插角：10207、漿液注入量：按公式Q=R2Ln估算，式中R為漿液擴散半徑（m），L為導(dǎo)管長度（m），n為地層孔隙率。8、注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)：采用定量注漿法，每根導(dǎo)管注入規(guī)定漿液，所有導(dǎo)管都達到設(shè)計注漿標(biāo)準(zhǔn)，即可結(jié)束注漿。（二）注漿工藝流程（見圖1）圖1 注漿工藝流程封閉工作面連接注漿管路記錄分析準(zhǔn) 備機具檢修小導(dǎo)管加工安設(shè)小導(dǎo)管備 料拌漿注漿結(jié)束鉆孔頂入（三）導(dǎo)管的制作和安設(shè)小導(dǎo)管采用3240 mm的焊接管制成，尺寸見

4、圖2。圖2 小導(dǎo)管安設(shè)小導(dǎo)管采用引孔打入法，其步驟為：1、用風(fēng)鉆鉆直徑50mm、深2.53.0m的孔；2、用帶沖擊錘的風(fēng)鉆將導(dǎo)管頂入；3、用吹管將導(dǎo)管內(nèi)的砂石吹出或用掏勺掏出；4、導(dǎo)管口周圍用塑膠泥封堵或噴58cm的混凝土。（四）配制漿液1、原材料水玻璃：工業(yè)品，濃度20Be以上，模數(shù)3.13.3。硫 酸：工業(yè)品，濃度98以上。也可以用電鍍液（廢酸）代替。2、配制漿液的步驟（1）將濃水玻璃采用邊加水，邊攪拌，邊用波美計測量的辦法稀釋成設(shè)計濃度（1020Be），作為甲液；（2）將濃硫酸按設(shè)計加水量加水后（濃度為l020）攪拌均勻，并加入適量的外摻劑作為乙液；（3）將一定量的甲液倒入乙液中（漿液配

5、比已申請專利，專利號為90100275.5），攪拌均勻，并測其pH值。（五）注漿 注漿泵與導(dǎo)管的連接見圖3。 圖3 注漿泵與導(dǎo)管連接1水玻璃稀釋桶；2硫酸稀釋桶；3配漿桶；4進漿口；5泵密封器；6進氣閥；7壓力表8泵體；9出漿閥；10輸漿管；11孔口密封器；12導(dǎo)管；13放氣閥注漿操作步驟是：1、關(guān)閉放氣閥及放漿閥；2、將配制好的漿液通過進漿口灌入泵體；3、打開進氣閥，使壓縮空氣進入泵體；4、當(dāng)泵體內(nèi)壓力達到0.40.5MPa時，打開出漿閥，漿液通過管路、孔口密封器、導(dǎo)管進入地層；5、泵體內(nèi)漿液注完后，關(guān)閉進氣閥及出漿閥，打開放氣閥，將泵體內(nèi)廢氣放出。 操作注意事項：1、導(dǎo)管打入后，要用吹管或

6、掏勺將管內(nèi)砂石吹（掏）出，以免堵塞；2、配制漿液時，要注意加料順序和速度，防止?jié){液結(jié)塊；3、配制好的漿液，需經(jīng)過濾后方可進入泵體，以防雜物堵塞管路或泵體；4、為節(jié)約注漿材料，降低工程成本，保證工程質(zhì)量，注漿方式采用定量注漿，當(dāng)每根導(dǎo)管注入量達到設(shè)計注漿量時，即可結(jié)束注漿；5、漿液應(yīng)隨配隨用，用多少配多少，以免造成浪費；6、注漿結(jié)束后，應(yīng)對注漿泵及管路進行清洗，以保證下次注漿順利進行；7、加強勞動保護，防止?jié){液沾染人體。四、注漿設(shè)備北京地鐵使用的注漿設(shè)備見表1，其特點是體積小，重量輕，操作方便，移動靈活，適用大小斷面。表1 注 漿 設(shè) 備序號名稱規(guī)格型號單位數(shù)量備注1風(fēng)動注漿泵牛角泵臺1自制2儲

7、漿桶0.64m3個2自制，作防酸處理3配漿桶1.0m3風(fēng)力攪拌個1自制，作防酸處理4閥門QllSA-16 Dg15個35膠管25mmm6孔口密封器個5自制7壓力表01.6MPa個68波美計支29酸度計支110潛水泵臺1抽漿用五、勞動組織注漿施工勞動組織見表2。表2 注 漿 施 工 勞 動 組 織序號工 種人數(shù)備 注1班長1負(fù)責(zé)全面指揮工作2拌漿4包括稀釋原料、配漿管3司泵24管路及孔口2負(fù)責(zé)管路連接及孔口觀察5記錄1合 計10六、效果檢查及質(zhì)量評定 注漿效果檢查分施工過程中檢查、結(jié)束時檢查和開挖過程中檢查。 注漿過程中檢查主要是檢查漿液凝膠時間，用現(xiàn)場灌砂模的辦法看漿液凝膠時間是否達到設(shè)計要求

8、。 注漿結(jié)束時，檢查注漿記錄，看每孔注漿量是否達到結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)，孔數(shù)是否與設(shè)計一致。 開挖時，看開挖邊緣是否整齊、漿液固砂情況、漿液滲透半徑等，以便為下一步修改注漿參數(shù)提供依據(jù)。 根據(jù)各階段檢查情況，評定合格與不合格。注漿過程中及結(jié)束時，如質(zhì)量不合格時，應(yīng)返工。開挖時發(fā)現(xiàn)質(zhì)量不好，除在下一循環(huán)改進外，應(yīng)加強支護措施。七、安全措施改性水玻璃注漿所用原材料為強酸和堿性物質(zhì)，配制的漿液呈酸性。因此，在工作中除執(zhí)行一般的安全規(guī)則外，還必須對施工人員進行防酸堿腐蝕的防護。這里，參照有關(guān)規(guī)定，提出勞保用品發(fā)放標(biāo)準(zhǔn)（見表3）。此外，在施工現(xiàn)場還應(yīng)準(zhǔn)備弱酸（硼酸）、弱堿（碳酸氫鈉）水溶液，以便對燒傷人員進行處理。

9、表3 改性水琉璃注漿勞保用品發(fā)放標(biāo)準(zhǔn)序號品名單位發(fā)放標(biāo)準(zhǔn)備 注1防酸工作服套1年人如為勞動布或的卡布則為2套人年2口罩個2月人3膠乳手套副5班長筒，破損更換4防護鏡副1人破損更換5毛巾條l月人6膠鞋雙1人破損更換7線膠手套副1月人 八、效益分析（一）社會效益1、粉細(xì)砂層注漿技術(shù)研究成功，使第四紀(jì)沖、洪積層的注漿加固技術(shù)得到解決，從而保證了淺埋暗挖技術(shù)在各種地層中的應(yīng)用，拓寬了淺埋暗挖技術(shù)的應(yīng)用范圍，也為城區(qū)內(nèi)地鐵建設(shè)奠定了基礎(chǔ)，促使各級領(lǐng)導(dǎo)干部下決心采用造價低、少擾民的地鐵“北京施工法”。2、由于注漿加固效果好，減少了噴射混凝土的回彈量，降低了粉塵，改善了工人的勞動條件。3、注漿加固后，提高了

10、圍巖的穩(wěn)定性，防止坍方，控制隧道拱頂下沉量和地面沉降量，保證施工安全和地面交通安全。（二）經(jīng)濟效益1、每m3 漿液材料費220元，而同樣性質(zhì)的化學(xué)漿液，每m3單價15000元。2、注漿后，減少噴混凝土回彈量，大量節(jié)約水泥，據(jù)測算，單線隧道每m可節(jié)約水泥1t，按現(xiàn)價計算，每km單線隧道可節(jié)約費用20萬元。3、由于注漿效果好，減少了噴混凝土作業(yè)時間，避免了坍方，加快了隧道施工進度，其經(jīng)濟效益也十分可觀。九、工程實例北京地鐵復(fù)興門西單站區(qū)間隧道，埋置于第四紀(jì)沖、洪積層中，為亞粘土、礫砂及卵石互層，粉細(xì)砂層常呈透鏡狀出現(xiàn)。隧道埋深14m左右。由于砂及砂礫層松散無膠結(jié)，垂直自穩(wěn)高度僅o.7m，所以開挖時

11、易坍塌，危及施工及地面交通安全。特別是粉細(xì)砂層，采用常規(guī)水泥水玻璃漿注不進去，直接影響施工進度。1989年3月以后，采用改性水玻璃小導(dǎo)管注漿加固，開挖后成形好，縮短噴射混凝土?xí)r間，減少了混凝土回彈量。據(jù)現(xiàn)場測算，與常用注漿方法相比，單線隧道每m可降低成本405元。改性水玻璃注漿還在北京地鐵車站試驗段（寬22m）、北京地鐵西單東折返線中推廣應(yīng)用，亦收到了良好的效果。 聚乙烯（PE）簡介1.1聚乙烯化學(xué)名稱：聚乙烯英文名稱：polyethylene，簡稱PE結(jié)構(gòu)式： 聚乙烯是乙烯經(jīng)聚合制得的一種熱塑性樹脂，也包括乙烯與少量-烯烴的共聚物。聚乙烯是五大合成樹脂之一，是我國合成樹脂中產(chǎn)能最大、進口量最

12、多的品種。1.1.1聚乙烯的性能1.一般性能聚乙烯為白色蠟狀半透明材料，柔而韌，比水輕，無嗅、無味、無毒，常溫下不溶于一般溶劑，吸水性小，但由于其為線性分子可緩慢溶于某些有機溶劑，且不發(fā)生溶脹。工業(yè)上為使用和貯存的方便通常在聚合后加入適量的塑料助劑進行造粒，制成半透明的顆粒狀物料。PE易燃，燃燒時有蠟味，并伴有熔融滴落現(xiàn)象。聚乙烯的性質(zhì)因品種而異，主要取決于分子結(jié)構(gòu)和密度，也與聚合工藝及后期造粒過程中加入的塑料助劑有關(guān)。2.力學(xué)性能PE是典型的軟而韌的聚合物。除沖擊強度較高外，其他力學(xué)性能絕對值在塑料材料中都是較低的。PE密度增大，除韌性以外的力學(xué)性能都有所提高。LDPE由于支化度大，結(jié)晶度低

13、，密度小，各項力學(xué)性能較低，但韌性良好，耐沖擊。HDPE支化度小，結(jié)晶度高，密度大，拉伸強度、剛度和硬度較高，韌性較差些。相對分子質(zhì)量增大，分子鏈間作用力相應(yīng)增大，所有力學(xué)性能，包括韌性也都提高。幾種PE的力學(xué)性能見表1-1。表1-1 幾種PE力學(xué)性能數(shù)據(jù)性能LDPELLDPEHDPE超高相對分子質(zhì)量聚乙烯邵氏硬度(D)拉伸強度MPa拉伸彈性模量MPa壓縮強度MPa缺口沖擊強度kJm-2彎曲強度MPa414672010030012.5809012174050152525055070152560702137400130022.540702540646730501508001003.熱性能PE受熱

14、后，隨溫度的升高，結(jié)晶部分逐漸熔化，無定形部分逐漸增多。其熔點與結(jié)晶度和結(jié)晶形態(tài)有關(guān)。HDPE的熔點約為125137，MDPE的熔點約為126134，LDPE的熔點約為105115。相對分子質(zhì)量對PE的熔融溫度基本上無影響。PE的玻璃化溫度（Tg）隨相對分子質(zhì)量、結(jié)晶度和支化程度的不同而異，而且因測試方法不同有較大差別，一般在-50以下。PE在一般環(huán)境下韌性良好，耐低溫性(耐寒性)優(yōu)良，PE的脆化溫度(Tb)約為-80-50，隨相對分子質(zhì)量增大脆化溫度降低，如超高相對分子質(zhì)量聚乙烯的脆化溫度低于-140。PE的熱變形溫度(THD)較低，不同PE的熱變形溫度也有差別，LDPE約為3850(0.4

15、5MPa，下同)，MDPE約為5075，HDPE約為6080。PE的最高連續(xù)使用溫度不算太低，LDPE約為82100，MDPE約為105121，HDPE為121，均高于PS和PVC。PE的熱穩(wěn)定性較好，在惰性氣氛中，其熱分解溫度超過300。PE的比熱容和熱導(dǎo)率較大，不宜作為絕熱材料選用。PE的線脹系數(shù)約在(1530)10-5K-1之間，其制品尺寸隨溫度改變變化較大。幾種PE的熱性能見表1-2。表1-2幾種PE熱性能性能LDPELLDPEHDPE超高相對分子質(zhì)量聚乙烯熔點熱降解溫度(氮氣)熱變形溫度(0.45MPa)脆化溫度線性膨脹系數(shù)(10-5K-1)比熱容J(kgK)-1熱導(dǎo)率/ W(mK)

16、-11051153003850-80-501624221823010.351201253005075-100-751251373006080-100-701116192523010.421902103007585-140-704.電性能PE分子結(jié)構(gòu)中沒有極性基團，因此具有優(yōu)異的電性能，幾種PE的電性能見表1-3。PE的體積電阻率較高，介電常數(shù)和介電損耗因數(shù)較小，幾乎不受頻率的影響，因而適宜于制備高頻絕緣材料。它的吸濕性很小，小于0.01（質(zhì)量分?jǐn)?shù)），電性能不受環(huán)境濕度的影響。盡管PE具有優(yōu)良的介電性能和絕緣性，但由于耐熱性不夠高，作為絕緣材料使用，只能達到Y(jié)級（工作溫度90）。表1-3聚乙烯的

17、電性能性能LDPELLDPEHDPE超高相對分子質(zhì)量聚乙烯體積電阻率/cm介電常數(shù)/Fm-1（106Hz）介電損耗因數(shù)（106Hz）介電強度/kVmm-110162.252.350.00052010162.202.300.0005457010162.302.350.0005182810172.350.0005355.化學(xué)穩(wěn)定性PE是非極性結(jié)晶聚合物，具有優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性。室溫下它能耐酸、堿和鹽類的水溶液，如鹽酸、氫氟酸、磷酸、甲酸、醋酸、氨、氫氧化鈉、氫氧化鉀以及各類鹽溶液(包括具有氧化性的高錳酸鉀溶液和重鉻酸鹽溶液等)，即使在較高的濃度下對PE也無顯著作用。但濃硫酸和濃硝酸及其他氧化劑對聚乙

18、烯有緩慢侵蝕作用。PE在室溫下不溶于任何溶劑，但溶度參數(shù)相近的溶劑可使其溶脹。隨著溫度的升高，PE結(jié)晶逐漸被破壞，大分子與溶劑的作用增強，當(dāng)達到一定溫度后PE可溶于脂肪烴、芳香烴、鹵代烴等。如LDPE能溶于60的苯中，HDPE能溶于8090的苯中，超過100后二者均可溶于甲苯、三氯乙烯、四氫萘、十氫萘、石油醚、礦物油和石蠟中。但即使在較高溫度下PE仍不溶于水、脂肪族醇、丙酮、乙醚、甘油和植物油中。PE在大氣、陽光和氧的作用下易發(fā)生老化，具體表現(xiàn)為伸長率和耐寒性降低，力學(xué)性能和電性能下降，并逐漸變脆、產(chǎn)生裂紋，最終喪失使用性能。為了防止PE的氧化降解，便于貯存、加工和應(yīng)用，一般使用的PE原料在合

19、成過程中已加入了穩(wěn)定劑，可滿足一般的加工和使用要求。如需進一步提高耐老化性能，可在PE中添加抗氧劑和光穩(wěn)定劑等。6.衛(wèi)生性PE分子鏈主要由碳、氫構(gòu)成，本身毒性極低，但為了改善PE性能，在聚合、成型加工和使用中往往需添加抗氧劑和光穩(wěn)定劑等塑料助劑，可能影響到它的衛(wèi)生性。樹脂生產(chǎn)廠家在聚合時總是選用無毒助劑，且用量極少，一般樹脂不會受到污染。PE長期與脂肪烴、芳香烴、鹵代烴類物質(zhì)接觸容易引起溶脹，PE中有些低相對分子質(zhì)量組分可能會溶于其中，因此，長期使用PE容器盛裝食用油脂會產(chǎn)生一種蠟味，影響食用效果。1.1.2聚乙烯的分類聚乙烯的生產(chǎn)方法不同，其密度及熔體流動速率也不同。按密度大小主要分為低密度

20、聚乙烯（LDPE）、線型低密度聚乙烯（LLDPE）、中密度聚乙烯（MDPE）、高密度聚乙烯（HDPE）。其中線性低密度聚乙烯屬于低密度聚乙烯中的一種，是工業(yè)上常用的聚乙烯，其他分類法有時把MDPE歸類于HDPE或LLDPE。按相對分子質(zhì)量可分為低相對分子質(zhì)量聚乙烯、普通相對分子質(zhì)量聚乙烯、超高相對分子質(zhì)量聚乙烯。按生產(chǎn)方法可分為低壓法聚乙烯、中壓法聚乙烯和高壓法聚乙烯。1.低密度聚乙烯英文名稱： Low density polyethylene，簡稱LDPE低密度聚乙烯，又稱高壓聚乙烯。無味、無臭、無毒、表面無光澤、乳白色蠟狀顆粒，密度0.9100.925g/cm3，質(zhì)輕，柔性，具有良好的延伸

21、性、電絕緣性、化學(xué)穩(wěn)定性、加工性能和耐低溫性（可耐-70），但力學(xué)強度、隔濕性、隔氣性和耐溶劑性較差。分子結(jié)構(gòu)不夠規(guī)整，結(jié)晶度較低（55%65%），熔點105115。LDPE可采用熱塑性成型加工的各種成型工藝，如注射、擠出、吹塑、旋轉(zhuǎn)成型、涂覆、發(fā)泡工藝、熱成型、熱風(fēng)焊、熱焊接等，成型加工性好。主要用作農(nóng)膜、工業(yè)用包裝膜、藥品與食品包裝薄膜、機械零件、日用品、建筑材料、電線、電纜絕緣、吹塑中空成型制品、涂層和人造革等。2.高密度聚乙烯英文名稱：High Density Polyethylene，簡稱HDPE高密度聚乙烯，又稱低壓聚乙烯。無毒、無味、無臭，白色顆粒，分子為線型結(jié)構(gòu)，很少有支化現(xiàn)象

22、,是典型的結(jié)晶高聚物。力學(xué)性能均優(yōu)于低密度聚乙烯，熔點比低密度聚乙烯高，約125137，其脆化溫度比低密度聚乙烯低，約-100-70，密度為0.9410.960g/cm3。常溫下不溶于一般溶劑，但在脂肪烴、芳香烴和鹵代烴中長時間接觸時能溶脹，在70以上時稍溶于甲苯、醋酸中。在空氣中加熱和受日光影響發(fā)生氧化作用。能耐大多數(shù)酸堿的侵蝕。吸水性小，具有良好的耐熱性和耐寒性，化學(xué)穩(wěn)定性好，還具有較高的剛性和韌性，介電性能、耐環(huán)境應(yīng)力開裂性亦較好。HDPE可采用注射、擠出、吹塑、滾塑等成型方法，生產(chǎn)薄膜制品、日用品及工業(yè)用的各種大小中空容器、管材、包裝用的壓延帶和結(jié)扎帶，繩纜、魚網(wǎng)和編織用纖維、電線電纜

23、等。3.線性低密度聚乙烯英文名稱：Linear Low Density Polyethylene，簡稱LLDPE線形低密度聚乙烯被認(rèn)為是“第三代聚乙烯”的新品種，是乙烯與少量高級-烯烴(如丁烯-1、己烯-1、辛烯-1、四甲基戊烯-1等)在催化劑作用下，經(jīng)高壓或低壓聚合而成的一種共聚物，為無毒、無味、無臭的乳白色顆粒，密度0.9180.935g/cm3。與LDPE相比，具有強度大、韌性好、剛性大、耐熱、耐寒性好等優(yōu)點，且軟化溫度和熔融溫度較高，還具有良好的耐環(huán)境應(yīng)力開裂性，耐沖擊強度、耐撕裂強度等性能。并可耐酸、堿、有機溶劑等。LLDPE可通過注射、擠出、吹塑等成型方法生產(chǎn)農(nóng)膜、包裝薄膜、復(fù)合薄

24、膜、管材、中空容器、電線、電纜絕緣層等。由于不存在長支鏈，LLDPE的 6570用于制作薄膜。4.中密度聚乙烯英文名稱：Medium density polyethylene，簡稱MDPE中密度聚乙烯是在合成過程中用-烯烴共聚，控制密度而成。MDPE的密度為0.9260.953g/cm3，結(jié)晶度為7080，平均相對分子質(zhì)量為20萬，拉伸強度為824MPa，斷裂伸長率為5060，熔融溫度126135，熔體流動速率為0.135g10min，熱變形溫度(0.46MPa)4974。MDPE最突出的特點是耐環(huán)境應(yīng)力開裂性及強度的長期保持性。MDPE可用擠出、注射、吹塑、滾塑、旋轉(zhuǎn)、粉末成型加工方法，生產(chǎn)

25、工藝參數(shù)與HDPE和LDPF相似，常用于管材、薄膜、中空容器等。5.超高相對分子質(zhì)量聚乙烯英文名稱：ultra-high molecular weight polyethylene，簡稱UHMWPE超高相對分子質(zhì)量聚乙烯沖擊強度高，耐疲勞，耐磨，是一種線型結(jié)構(gòu)的具有優(yōu)異綜合性能的熱塑性工程塑料。其相對分子質(zhì)量達到300600萬，密度0.9360.964g/cm3，熱變形溫度(0.46MPa)85，熔點130136。UHMWPE因相對分子質(zhì)量高而具有其他塑料無可比擬的優(yōu)異性能，如耐沖擊、耐磨損、自潤滑性、耐化學(xué)腐蝕等性能，廣泛應(yīng)用于機械、運輸、紡織、造紙、礦業(yè)、農(nóng)業(yè)、化工及體育運動器械等領(lǐng)域，其

26、中以大型包裝容器和管道的應(yīng)用最為廣泛。另外，由于超高相對分子質(zhì)量聚乙烯優(yōu)異的生理惰性，已作為心臟瓣膜、矯形外科零件、人工關(guān)節(jié)等在臨床醫(yī)學(xué)上使用，而且，超高相對分子質(zhì)量聚乙烯耐低溫性能優(yōu)異，在-40時仍具有較高的沖擊強度，甚至可在-269下使用。超高相對分子質(zhì)量聚乙烯纖維的復(fù)合材料在軍事上已用作裝甲車輛的殼體、雷達的防護罩殼、頭盔等；體育用品上已制成弓弦、雪橇和滑水板等。由于超高相對分子質(zhì)量聚乙烯熔融狀態(tài)的粘度高達108Pas，流動性極差，其熔體流動速率幾乎為零，所以很難用一般的機械加工方法進行加工。近年來，通過對普通加工設(shè)備的改造，已使超高相對分子質(zhì)量聚乙烯由最初的壓制-燒結(jié)成型發(fā)展為擠出、吹

27、塑和注射成型以及其他特殊方法的成型。6.茂金屬聚乙烯茂金屬聚乙烯(mPE)是近年來迅速發(fā)展的一類新型高分子樹脂，其相對分子質(zhì)量分布窄，分子鏈結(jié)構(gòu)和組成分布均一，具有優(yōu)異的力學(xué)性能和光學(xué)性能，已被廣泛應(yīng)用于包裝、電氣絕緣制品等。1.1.3聚乙烯的成型加工PE的熔體粘度比PVC低，流動性能好，不需加入增塑劑已具有很好的成型加工性能。前文已介紹了各類聚乙烯可采用的成型加工方法，下面主要介紹在成型過程中應(yīng)注意的幾個問題。聚乙烯屬于結(jié)晶性塑料，吸濕小，成型前不需充分干燥，熔體流動性極好，流動性對壓力敏感，成型時宜用高壓注射，料溫均勻，填充速度快，保壓充分。不宜用直接澆口，以防收縮不均，內(nèi)應(yīng)力增大。注意選

28、擇澆口位置，防止產(chǎn)生縮孔和變形。PE的熱容量較大，但成型加工溫度卻較低，成型加工溫度的確定主要取決于相對分子質(zhì)量、密度和結(jié)晶度。LDPE在180左右， HDPE在220左右，最高成型加工溫度一般不超過280。熔融狀態(tài)下，PE具有氧化傾向，因而，成型加工中應(yīng)盡量減少熔體與空氣的接觸及在高溫下的停留時間。PE的熔體粘度對剪切速率敏感，隨剪切速率的增大下降得較多。當(dāng)剪切速率超過臨界值后，易出現(xiàn)熔體破裂等流動缺陷。制品的結(jié)晶度取決于成型加工中對冷卻速率的控制。不論采取快速冷卻還是緩慢冷卻，應(yīng)盡量使制品各部分冷卻速率均勻一致，以免產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，降低制品的力學(xué)性能。收縮范圍和收縮值大(一般成型收縮率為1.5

29、5.0)，方向性明顯，易變形翹曲，冷卻速度宜慢，模具設(shè)冷料穴，并有冷卻系統(tǒng)。軟質(zhì)塑件有較淺的側(cè)凹槽時，可強行脫模。1.1.4聚乙烯的改性聚乙烯屬非極性聚合物，與無機物、極性高分子相容性弱，因此其功能性較差，采用改性可提高PE的耐熱老化性、高速加工性、沖擊強度、粘接性、生物相容性等性質(zhì)。常用的改性方法包括物理改性和化學(xué)改性。1.物理改性物理改性是在PE基體中加入另一組分(無機組分、有機組分或聚合物等)的一種改性方法。常用的方法有增強改性、共混改性、填充改性。（1）增強改性 增強改性是指填充后對聚合物有增強效果的改性。加入的增強劑有玻璃纖維、碳纖維、石棉纖維、合成纖維、棉麻纖維、晶須等。自增強改性

30、也屬于增強改性的一種。自增強改性。所謂自增強就是使用特殊的加工成型方法，使得材料內(nèi)部組織形成伸直鏈晶體，材料內(nèi)部大分子晶體沿應(yīng)力方向有序排列，材料的宏觀強度得到大幅度提高，同時分子鏈有序排列將使結(jié)晶度提高，從而使材料的強度進一步提高，由于所形成的增強相與基體相的分子結(jié)構(gòu)相同，因而不存在外增強材料中普遍存在的界面問題。如采用超高相對分子質(zhì)量聚乙烯(UHMPE)纖維增強LDPE，在加熱加壓成型的條件下，可以形成良好的界面，最大限度發(fā)揮基體和纖維的強度。纖維增強改性。纖維增強聚合物基復(fù)合材料由于具有比強度高、比剛度高等優(yōu)點而得到廣泛應(yīng)用。如采用經(jīng)KH-550偶聯(lián)劑處理的長玻璃纖維(LGF)與PE復(fù)合

31、制備的PELGF復(fù)合材料，當(dāng)LGF加入量為3O(質(zhì)量分?jǐn)?shù))、長度約為35mm時，復(fù)合材料的拉伸強度和沖擊強度分別為52.5MPa和52kJm。晶須改性。晶須的加入能夠大幅度提高HDPE材料的力學(xué)性能，包括短期力學(xué)性能及耐長期蠕變性能。晶須對HDPE材料的增強作用主要歸因于它們之間的良好界面粘接，同時剛性的晶須則能夠承擔(dān)較大的外界應(yīng)力使復(fù)合材料的模量得到提高。納米粒子增強改性。少量無機剛性粒子填充PE可同時起到增韌與增強的作用。如將表面處理過的納米SiO2粒子填充mLLDPE-LDPE，SiO2納米粒子均勻分散于基材中，與基材形成牢固的界面結(jié)合，當(dāng)填充質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2時，拉伸強度、斷裂伸長率分別提高

32、了13.7MPa和174.9。（2）共混改性 共混改性主要目的是改善PE的韌性、沖擊強度、粘接性、高速加工性等各種缺陷，使其具有較好的綜合性能。共混改性主要是向PE基體中加入另一種聚合物，如塑料類、彈性體類等聚合物，以及不同種類的PE之間進行共混。PE系列的共混改性。單一組分的PE往往很難滿足加工要求，而通過不同種類PE之間的共混改性可以獲得性能優(yōu)良的PE材料。如通過LDPE與LLDPE共混，解決了LDPE因大量添加阻燃劑和抗靜電劑等助劑造成力學(xué)性能急劇降低的問題；LLDPE與HDPE共混后可以提高產(chǎn)品的綜合性能。PE與彈性體的共混改性。彈性體具有低的表面張力、較強的極性、突出的增韌作用，因此

33、與PE共混后，既能保持PE的原有性能，同時也可以制備出具有綜合優(yōu)良性能的PE。如LDPE-聚烯烴彈性體(POE)共混物，當(dāng)POE的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3O時，共混體系的拉伸強度達到最大值，為21.5 MPa。PE與塑料的共混改性。聚乙烯具有良好的韌性，但制品的強度和模量較低，與工程塑料等共混可提高復(fù)合體系的綜合力學(xué)性能。但PE和這類高聚物的界面問題也是影響其共混物性能的主要原因，因此通常需要加入界面相容劑以提高共混物的力學(xué)性能。（3）填充改性 填充改性是在PE基質(zhì)中加入無機填料或有機填料，一方面可以降低成本達到增重的目的，另一方面可提高PE的功能性，如電性能、阻燃性能等，但同時對復(fù)合材料的力學(xué)性能和加工

34、性能帶來一定程度的影響。無論是無機填料還是有機填料，填料與PE基體的相容性和界面粘接強度是PE填充改性必須面臨的問題，而PE是非極性化合物，與填料相容性差，因此，必須對填料進行表面處理。填料的表面處理一般采用物理或化學(xué)方法進行處理，在填料表面包覆一層類似于表面活性劑的過渡層，起“分子橋”的作用，使填料與基體樹脂間形成一個良好的粘接界面。常用的填料表面處理技術(shù)有：表面活性劑或偶聯(lián)劑處理技術(shù)、低溫等離子體技術(shù)、聚合填充技術(shù)和原位乳液聚合技術(shù)等。PE中填充木粉、淀粉、廢紙粉、滑石粉、碳酸鈣等一類填料，不僅可以改善PE的性能，同時也具有十分重要的健康環(huán)保意義。2.化學(xué)改性化學(xué)改性的方法主要有接枝改性、

35、共聚改性、交聯(lián)改性、氯化及氯磺化改性和等離子體改性處理等方法。其原理是通過化學(xué)反應(yīng)在PE分子鏈上引入其他鏈節(jié)和功能基團，由此提高材料的力學(xué)性能、耐侯性能、抗老化性能和粘接性能等。（1）接枝改性 接枝改性是指將具有各種功能的極性單體接枝到PE主鏈上的一種改性方法。接枝改性后的PE不但保持了其原有特性，同時又增加了其新的功能。常用的接枝單體有丙烯酸(AA)、馬來酸酐(MA)、馬來酸鹽、烯基雙酚A醚和活性硅油等。接枝改性的方法主要有溶液法、固相法、熔融法、輻射接枝法、光接枝法等。（2）共聚改性 共聚改性是指通過共聚反應(yīng)將其他大分子鏈或官能團引入到PE分子鏈中，從而改變PE的基本性能。主要改性品種有乙

36、烯-丙烯共聚物（塑料）、EVA、乙烯-丁烯共聚物、乙烯-其他烯烴（如辛烯POE、環(huán)烯烴）共聚物、乙烯-不飽和酯共聚物（EAA、 EMAA 、EEA、EMA、EMMA、EMAH）等。通過共聚反應(yīng)，可以改變大分子鏈的柔順性或使原來的基團帶有反應(yīng)性官能團，可以起到反應(yīng)性增容劑的作用。（3）交聯(lián)改性 交聯(lián)改性是指在聚合物大分子鏈間形成了化學(xué)共價鍵以取代原來的范德華力，由此極大地改善了諸如耐熱性、耐磨性、彈性形變、耐化學(xué)藥品性及耐環(huán)境應(yīng)力開裂性等一系列物理化學(xué)性能，適于作大型管材、電纜電線以及滾塑制品等。聚乙烯的交聯(lián)改性方法包括過氧化物交聯(lián)(化學(xué)交聯(lián))、高能輻射交聯(lián)、硅烷接枝交聯(lián)、紫外光交聯(lián)。（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種高分子氯化物，具有較好的耐候性、耐臭氧性、耐化學(xué)藥品性、耐寒性、阻燃性和優(yōu)良的電絕緣性。主要用作聚氯乙烯的改性劑，以改善聚氯乙烯抗沖擊性能，氯化聚乙烯本身還可作為電絕緣材料和地面材料。氯磺化聚乙烯