目前,随着高密度聚乙烯(HDPE)土工合成材料在工业上的不断发展以及在各个领域中的广泛应用,对于HDPE土工合成材料的耐老化性能方面的研究及其寿命的预测显得越来越重要。材料在自然环境下的老化性能测试虽然具有较好的模拟效果,但由于其老化时间较长,且环境的非控制性因素影响较大。因此,一般条件下,材料的老化试验可以通过室内人工加速老化试验的方法进行。但由于不同光源的发光波谱及其紫外辐射强度的不同,均会造成老化试样的降解程度存在一定差异性。因而,对HDPE土工合成材料的光氧老化动力学过程进行探究以及分析不同紫外辐射强度对其老化性能的影响是十分必要的。本课题以HDPE土工膜为研究对象,在UVA340型和UVB313型两种紫外光源作用下采用人工加速老化的试验方法进行光氧老化试验。并对老化试样进行了宏观力学性能(断裂强力、断裂伸长)测试,较整体地了解试样的老化性能变化情况。同时对老化试样进行了熔融指数(MI)、结晶度(DSC)和傅里叶变换红外光谱(FTIR)等微观表征。探究了HDPE土工合成材料光氧老化降解的动力学过程,并分析了不同紫外辐射强度下HDPE土工合成材料老化性能的相关性。具体的研究工作如下:(1)为了探究同种光源下试样老化性能的差异性,选用uva340型(1根、2根及4根灯管)光源进行老化试验。试验发现,老化试样的光氧老化反应速率与紫外辐射强度不成比例,且不同紫外辐射强度下其老化机理不发生变化。熔融指数分析指出随着辐射强度的增加,相对分子质量均先增大后减小,但其内部结晶度增幅不大,仅为10%左右,不能充分说明hdpe土工膜材料老化降解的主要原因。而红外光谱分析中,在波数为1712cm-1和1740cm-1处生成的酮羰基和酯羰基的双羰基吸收峰,以及908cm-1波数处的乙烯基吸收峰,均加速了hdpe材料降解反应速率。试验结果表明:同种光源下,累积紫外辐射能相同时,试样的老化程度不一致,因此互易定律不适用于hdpe土工合成材料老化相关性建立,而需要在互易定律的基础上引入常数p,即schwarzschild定律,并结合阿列纽斯(arrhenius)反应速率函数模型对其建立老化相关性。试验发现,当常数p=77.0时,同种光源下不同紫外辐射强度之间存在较好的相关性,试样的力学性能与平均紫外辐射强度和老化时间之间的关系方程为:断裂强力保持率:tiey77.000256.0100-=断裂伸长保持率:tiy-77.0=09.05.104式中,i为紫外辐射强度,w·m-2;t为老化时间,h。(2)为了探究不同光源下试样老化性能的差异性,选用uva340型(4根灯管)和uvb313型(4根灯管)进行对比分析,并进行宏、微观表征。熔融指数分析表明uva340型光源下试样老化程度远小于UVB313型,但两种紫外光源的老化机理仍未发生变化,均在红外光谱图中波数为1712cm-1和1740cm-1处生成了酮羰基和酯羰基的双羰基吸收峰。试验结果表明,累积紫外辐射能相同时,UVA340型和UVB313型光源下力学性能存在显著性的差异,使其仍不适用于基础的互易定律。由于光源的发光光谱不同,且材料存在最敏感波长,使得不同光源下试样的老化试验存在有效紫外辐射能的概念。通过对UVA340型和UVB313型两种光源波谱的计算,则有效辐射系数α1和α2的值分别为0.56和0.84。结果表明,当p=06.2时,HDPE土工膜在UVA340型和UVB313型两种光源下老化性能应具有很好的相关性。因此,两种光源之间试样的各指标与平均紫外辐射强度和老化时间之间的关系方程为:断裂强力保持率:tIey06.200284.0100×-)(a=断裂伸长保持率:-tIy06.2=06.01.103)(a式中,I为紫外辐射强度,W·m-2;t为老化时间,h,α为有效辐射系数。综合以上结论,不同紫外辐射强度下的HDPE土工合成材料的老化机理并未发生改变,但其老化反应速率并不与辐射强度的成比例变化一致。同时,由于两种紫外光源发光机制不同,因此引入有效辐射系数的概念来提高人工加速老化试验对户外大气环境的模拟效果,为HDPE土工合成材料在自然条件下的寿命预测奠定了基础。