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原创 赵微微，张勇，等 防水工程师 1月11日
作者单位：1北京铁科首钢轨道技术股份有限公司；2铁科腾跃科技有限公司
摘自：《中国建筑防水》2020年第8期
主要原料
EVA树脂：5110J，VA含量18%，熔融指数（MI）=2.4 g/10 min，扬子石化-巴斯夫有限责任公司；mPE：1018HA，MI=1 g/10 min，埃克森美孚公司；HDPE：5000s，MI=0.9 g/10 min，大庆石化；LLDPE：7042，大庆石化；抗氧剂B215、紫外线吸收剂531、阻燃剂有机硅烷醇酰胺，均为国产市售产品。
防水卷材的制备
EVA防水卷材和抗老化-阻燃母粒生产流程如图1所示。
图1 防水卷材生产工艺流程图
1）防水卷材制备
根据配方称取EVA树脂、PE树脂、抗老化-阻燃母粒，加入到混合机中加热搅拌10～20 min，通过真空泵输送到防水卷材生产线中，挤出机加料段温度设定为100～150 ℃，塑化段温度设定为150～220 ℃，均化段温度设定为200～240 ℃，原料经挤出机熔融后从T型模头挤出，通过三辊压光机压延成所需厚度的片材，再经过冷却、裁边、牵引、收卷制得EVA防水卷材，标准实验室条件下放置24 h后进行性能测试。
2）环保型抗老化-阻燃母粒制备
防水卷材生产过程中产生的废边可循环利用再生产，利用破碎机将其破碎，破碎后的粒状料和抗氧剂、光稳定剂、阻燃剂等经过高速混合，双螺杆熔融挤出，牵引冷却，造粒，干燥等工艺，制得环保型抗老化-阻燃母粒。
图2为防水卷材压延成型过程示意图，将从模头挤出的转速和温度设定为固定值，防水卷材经过Ⅱ辊和Ⅲ辊之间时拉伸变形较小，可忽略不计，因此将Ⅱ辊和Ⅲ辊的辊距也设定为固定值。为了便于研究，固定模头到三辊距离、三辊速比、Ⅰ辊和Ⅱ辊辊距等，主要探究EVA、HDPE的变化对防水卷材性能的影响。
图2 防水卷材压延成型过程示意图
EVA含量对防水卷材性能的影响
EVA由乙烯和醋酸乙烯共聚制得，EVA树脂与聚乙烯共混后破坏了聚乙烯分子的规整性，使其结晶度降低，分子链的柔顺性增加，从而制备的EVA防水卷材弹性和韧性增加。但是，随着VA含量的增加，防水卷材的撕裂强度、拉伸强度、断裂伸长率等机械性能都会降低，因此利用EVA树脂制备防水卷材时既要控制VA含量，又要选用合适的聚乙烯进行改性。
mPE为半结晶性聚乙烯，由乙烯和α-烯烃经茂金属催化共聚而成，其分子量分布窄，大分子的组成和结构非常均匀，分子结构规整性高，具有较高的结晶度，可提高防水卷材的拉伸强度、冲击强度和抗穿刺强度，尤其是低温韧性。但是防水卷材的断裂伸长率会随mPE含量的增加而减小，这是因为半结晶性的mPE与EVA共混后分子链的缠结数量和程度加大，导致拉伸强度增大，断裂伸长率减小。为了改善这一现象，还需要加入一定量的LDPE或HDPE等进行改性共混，同时还可以改善mPE的加工性能。VA含量对EVA防水卷材力学性能的影响如图3—6所示。
图3 VA含量对防水卷材拉伸强度的影响
图4 VA含量对防水卷材断裂伸长率的影响
图5 VA含量对防水卷材撕裂强度的影响
图6 VA含量对防水卷材刺破强度的影响
随着VA含量的增加，防水卷材的力学性能都出现不同程度的下降。
VA含量对低温弯折性的影响如图7所示，随着VA含量的增加，防水卷材的低温弯折性提高。综合考虑，VA含量为5%～7%时，防水卷材的综合性能较优异。
图7 VA含量对防水卷材低温弯折性能的影响
聚乙烯种类对防水卷材性能的影响
由于EVA和mPE的特性，制备EVA防水卷材时需要加入一定量的LDPE或HDPE等进行改性共混。从图8中可看出，用HDPE和LLDPE改性时，防水卷材拉伸强度随两者份数的增加均得到提高，但是加入HDPE的防水卷材拉伸强度提高的幅度较大。从图9中看出，EVA防水卷材中不论是加入HDPE还是LLDPE均会使断裂伸长率减小，不过加入LLDPE时防水卷材断裂伸长率的下降幅度较小。呈现这种现象的原因是HDPE、mPE 和EVA 共混物熔体分子链的缠结数量增加、缠结程度加大，从而增加拉伸强度，但断裂伸长率有所降低。
图8 HDPE和LLDPE对拉伸强度的影响
图9 HDPE和LLDPE对断裂伸长率的影响
HDPE和mPE可以形成共晶结构和串晶互锁结构，各自能以分子层级排入对方的晶区，从而提高防水卷材的各项力学性能，同时由于共晶结构和串晶互锁结构使共混物中高分子链的缠结数量增加、缠结程度变大，使防水卷材的断裂伸长率减小。而LLDPE虽与mPE具有相似的分子结构，但是与HDPE相比，其对防水卷材性能的提高仍比不上HDPE。综合对比拉伸强度和断裂伸长率，当采用HDPE改性，且份数为45%时，制得的EVA防水卷材力学性能最佳。
编后语：
我国目前正处于铁路发展黄金时期，并且属于多山国家，铁路建设时隧道比例大大增加，建设高标准的铁路隧道需通过科学的手段来提高隧道施工材料的性能，从而提高铁路隧道的安全性和寿命。本研究采用EVA树脂、mPE树脂和HDPE树脂与环保型抗老化-阻燃母粒共混制备环保阻燃型EVA防水卷材，确定了主要材料的用量。由于高聚物分子的特性，在实际生产中，除了VA含量、聚乙烯种类之外，模头到三辊距离、三辊速比、Ⅰ辊和Ⅱ辊的辊距等也会对EVA防水卷材的性能或外观产生一定的影响。欲了解详情的小伙伴，可关注本号的后续讨论。
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