聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）结晶及其增强、增韧复合材料的研究

论文摘要

聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）具有高的刚性、电绝缘性、耐热性和耐化学药品性等优异性能,已广泛应用于纤维、薄膜以及食品包装等领域。由于PET具有结晶速率慢、成型制品收缩率大、尺寸稳定性差等缺点,限制了其作为工程塑料的应用。为改善PET的结晶行为,提高结晶速率,同时使PET的力学性能和提高抗冲击性有所提高,本文从结晶、扩链、增强增韧及动态流变行为等方面对PET及其复合材料进行了研究。研究了苯甲酸钠、长链（C28-C32）烷基羧酸钠及离子型聚合物Surlyn（乙烯和甲基丙烯酸共聚物的钠盐）三种成核剂对PET结晶性能的影响。研究结果表明,这三种成核剂都能不同程度地改善PET的成核能力,提高结晶速率。促进PET结晶能力的大小顺序为:PET/Surlyn＜PET/Nav101＜PET/苯甲酸钠。苯甲酸钠会引起PET的降解,对材料的特性粘度的影响也最大;Surlyn对PET特性粘度的影响不大;Nav101对PET特性粘度的影响介于苯甲酸钠和Surlyn之间。对于Surlyn和Nav101,1.0%是成核剂的最佳用量,当成核剂含量超过1.0%时,材料的特性粘度相应下降,但结晶性能不再提高,反而下降。进行了PET/苯甲酸钠/扩链剂RA20结晶行为及特性粘度的研究。苯甲酸钠是PET最为高效的成核剂之一,但会使PET发生降解,使材料性能下降。为了抑制苯甲酸钠成核剂在加工过程中引发的PET的降解,本文选用了环氧官能团扩链剂RA20,用于增加PET分子质量、提高其特性粘度。结果表明,随着RA20含量的增加,PET/苯甲酸钠/RA20体系的特性粘度不断提高。当扩链剂RA20的含量在2%以下时,RA20不但不会影响PET/苯甲酸钠体系的结晶性能,反而提高其结晶速率。当RA20含量超过3%时,PET/苯甲酸钠体系的特性粘度增加变得缓慢,PET/苯甲酸钠体系的结晶成核能力开始下降,共混物的结晶峰变宽,结晶速率变小。采用弹性体EBAGMA和POE-g-MAH分别对PET/GF复合材料进行增韧。结果表明,随着弹性体含量的增加,PET/GF/EBAGMA复合材料的缺口冲击强度不断提高;PET/GF/POE-g-MAH体系复合材料的冲击强度变化规律则表现为先增加后下降。SEM显微相片显示,同POE-g-MAH相比,由于EBAGMA与PET基体树脂具有更好的相容性,玻纤与基体树脂的界面强度更高。同PET/GF/POE-g-MAH复合材料相比,PET/GF/EBAGMA具有更好的刚韧平衡性,EBAGMA对于PET/GF体系的增韧效果更佳。以高级扩展流变仪为分析手段,研究了PET、PET-GF和PET-GF-EBAGMA复合体系的流变行为规律。结果表明,PET熔体的弹性储能模量G′远小于粘性损耗模量G″,动态粘度h也很小,熔体的形变主要来源于分子链的滑移。玻璃纤维GF可同时提高PET熔体的G′和G″,但对G′的贡献略大,PET-GF熔体的损耗因子tanδ变小,动态粘度h降低。EBAGMA可显著提高PET-GF复合材料的G′和G″,但对G′的影响远大于G″;PET-GF-EBAGMA熔体的tanδ迅速降低,熔体形变中弹性形变的比例增大,动态粘度h,尤其在低频端明显增大。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 PET的成核与结晶
• 1.1.1 PET成核、结晶机理
• 1.1.2 结晶动力学
• 1.1.3 成核、结晶技术进展
• 1.2 PET的扩链
• 1.2.1 PET的扩链机理
• 1.2.2 PET的扩链方法
• 1.2.2.1 环氧化物扩链剂
• 1.2.2.2 噁唑林类扩链剂
• 1.2.2.3 酸酐类扩链剂
• 1.2.2.4 异氰酸酯类扩链剂
• 1.3 PET的增强改性
• 1.3.1 玻纤增强PET的发展
• 1.3.2 PET增强复合材料的界面及性能
• 1.4 PET的增韧改性
• 1.4.1 PET/PE共混
• 1.4.2 PET/PP共混
• 1.4.3 PET/ABS共混
• 1.4.4 PET/PBT共混
• 1.4.5 PET/PC共混
• 1.4.6 PET/弹性体共混
• 1.5 动态流变
• 1.5.1 动态流变理论
• 1.5.2 多相体系的动态流变性能
• 1.6 本文的研究目的和研究思路
• 参考文献
• 第二章 PET/成核剂体系结晶行为及特性粘度的研究
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 实验材料
• 2.2.2 实验设备
• 2.2.3 试样制备
• 2.2.4 DSC分析
• 2.2.5 非等温结晶动力学分析
• 2.2.6 特性粘度测试
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 PET/苯甲酸钠体系的结晶行为
• 2.3.2 PET/Nav101体系的结晶行为
• 2.3.3 PET/Surlyn体系的结晶行为
• 2.3.4 PET/成核剂体系的非等温结晶动力学
• 2.3.5 PET/成核剂体系的特性粘度变化
• 2.3.6 不同成核剂对PET成核效果的对比
• 2.4 结论
• 参考文献
• 第三章 PET/苯甲酸钠/扩链剂体系结晶与性能的研究
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 实验材料
• 3.2.2 实验设备
• 3.2.3 试样制备
• 3.2.4 DSC分析
• 3.2.5 非等温结晶动力学分析
• 3.2.6 特性粘度测试
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 PET/苯甲酸钠/扩链剂体系特性粘度的影响
• 3.3.2 PET/苯甲酸钠/扩链剂体系结晶行为的研究
• 3.3.3 PET/苯甲酸钠/扩链剂体系非等温结晶动力学
• 3.3.4 PET/苯甲酸钠/扩链剂体系的综合性能
• 3.4 结论
• 参考文献
• 第四章 弹性体增韧PET/GF复合体系性能的研究
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 实验材料
• 4.2.2 实验设备
• 4.2.3 试样制备
• 4.2.4 性能测试与结构表征
• 4.2.4.1 物理机械性能
• 4.2.4.2 DSC分析
• 4.2.4.3 动态流变分析
• 4.2.4.4 扫描电镜分析（SEM）
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 增韧剂对PET物理机械性能的影响
• 4.3.2 动态流变行为分析
• 4.3.3 DSC分析
• 4.3.4 SEM断面形态分析
• 4.4 结论
• 参考文献
• 第五章 PET/GF复合体系动态流变行为的研究
• 5.1 引言
• 5.2 实验部分
• 5.2.1 实验材料
• 5.2.2 实验设备
• 5.2.3 试样制备
• 5.2.4 动态流变分析
• 5.3 结果与讨论
• 5.3.1 PET-GF增强复合体系动态流变性能的分析
• 5.3.2 PET-GF-EGMA复合材料动态流变性能的分析
• 5.4 小结
• 参考文献
• 第六章 结论
• 研究成果及发表的学术论文
• 致谢
• 作者简介
• 附件