高透明韧性有机玻璃的研究

论文摘要

聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）俗称有机玻璃，由于具有较好的透明性、化学稳定性和耐候性，易染色，易加工，外表优美、质量轻、加工适应性等优点，近年来得到迅速发展并广泛应用到航空、建筑、农业、光学仪器等领域。但PMMA属于硬而脆的塑料材料，冲击强度低，使其在许多方面的应用受到限制。因而，在保持有机玻璃良好性能的基础上对其进一步进行增韧改性具有深远的意义。本文在综述了目前国内外有机玻璃增韧方法的基础上，分别采用聚己二酸丙二醇酯、嵌段共聚物以及聚氨酯丙烯酸酯为PMMA的增韧改性剂，得到了高透明增韧改性的有机玻璃。主要的研究内容和结论如下：1.以己二酸、1,2-丙二醇为原料，经缩聚反应合成了聚己二酸丙二醇酯，采用FTIR、GPC对其结构进行了表征，研究结果表明，成功地合成了分子量分布窄的聚己二酸丙二醇酯低聚物。采用聚己二酸丙二醇酯对PMMA进行原位增韧改性，利用冲击试验机、万能测试机、DMA、透光率/雾度测定仪、综合热分析仪等对改性PMMA的力学性能、光学性能、热性能进行了表征，研究结果表明：聚己二酸丙二醇酯对PMMA具有较好的增韧改性作用，而对其拉伸强度和光学透明性影响很小，改性后PMMA的储能模量和玻璃化温度有所下降。当聚己二酸丙二醇酯含量为15%时，改性PMMA的冲击强度提高了61.13%，而拉伸强度仅下降6.33%，改性PMMA的透光率几乎不变，而雾度H略有增加，增幅约为1%。TG测试结果表明聚己二酸丙二醇酯的加入提高了PMMA的热稳定性。2.采用嵌段共聚物PEO75-PPO30-PEO75（F68）对聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）进行原位增韧改性，研究了改性PMMA的力学性能、光学透明性和微结构，并探讨了改性机理。研究结果表明：嵌段共聚物F68对PMMA有较好的增韧作用，随着F68含量的增加，改性PMMA的冲击强度不断增大，当F68含量为20%时，其冲击强度提高了117.61%；改性PMMA的储能模量随着F68含量的增加先下降后上升，而损耗因子的峰值温度Tg逐渐降低，F68的添加对PMMA的损耗因子具有“拉平”效应；改性PMMA具有较好的光学透明性能，当F68含量在20%以内时，改性PMMA的透光率降低小于2%。3.以六亚甲基二异氰酸酯（HDI）、聚醚多元醇、丙烯酸羟乙酯为原料，采用两步法制备了聚氨酯丙烯酸酯预聚物，利用FTIR对共聚物的结构进行了表征，测试结果表明，反应产物为聚氨酯丙烯酸酯。采用原位聚合法制备了聚氨酯丙烯酸酯改性PMMA复合体系，利用冲击试验机、DMA、透光率/雾度测定仪等测试其冲击性能、动态机械性能和光学性能，研究结果表明：改性后PMMA的冲击强度随着聚氨酯丙烯酸酯含量的增加而增加，光学透明性基本不变，当聚氨酯丙烯酸酯含量为20%时，改性PMMA的冲击强度达到了21.98J/cm2，比纯PMMA的冲击强度提高了66.77%；改性PMMA的储能模量随着聚氨酯丙烯酸酯含量的增加不断缓慢下降，损耗因子的峰值基本保持不变，玻璃化转变温度逐渐降低；改性后PMMA的透光率Tt降低很少（<3%），而雾度H略有增加。热重分析结果表明，改性后PMMA的热分解温度逐渐提高。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 PMMA改性的主要内容
• 1.2.1 抗冲击性能
• 1.2.2 耐热性
• 1.2.3 耐磨性
• 1.2.4 防辐射性能
• 1.3 PMMA的一般改性方法
• 1.3.1 共聚、交联改性
• 1.3.2 纳米复合填充改性
• 1.3.3 纤维增强
• 1.3.4 互穿网络聚合物
• 1.3.5 定向拉伸
• 1.4 本论文的研究内容和意义
• 第2章 聚己二酸丙二醇酯改性有机玻璃的研究
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 实验原料
• 2.2.2 实验仪器
• 2.2.3 单体的预处理
• 2.2.4 聚己二酸丙二醇酯合成
• 2.2.5 聚己二酸丙二醇酯改性PMMA复合材料的制备
• 2.2.6 表征方法
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 聚己二酸丙二醇酯的表征
• 2.3.2 聚己二酸丙二醇酯改性PMMA复合材料的力学性能
• 2.3.3 聚己二酸丙二醇酯改性PMMA复合材料的光学性能
• 2.3.4 聚己二酸丙二醇酯改性PMMA复合材料的动态力学性能
• 2.3.5 聚己二酸丙二醇酯改性PMMA复合材料的热稳定性
• 2.3.6 聚己二酸丙二醇酯改性PMMA复合材料的SEM分析
• 2.4 本章小结
• 第3章 嵌段共聚物PEO-PPO-PEO增韧改性有机玻璃的研究
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 实验原料
• 3.2.2 实验仪器
• 3.2.3 单体的预处理
• 3.2.4 嵌段共聚物改性PMMA复合材料的制备
• 3.2.5 表征方法
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 F68/PMMA复合材料的力学性能
• 3.3.2 F68/PMMA复合材料的光学性能
• 3.3.3 F68/PMMA复合材料的动态力学性能
• 3.3.5 F68/PMMA复合材料的热稳定性
• 3.3.6 F68/PMMA复合材料的SEM分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 聚氨酯丙烯酸酯改性有机玻璃的研究
• 4.1 引言
• 4.2 试验部分
• 4.2.1 实验原料
• 4.2.2 实验仪器
• 4.2.3 单体的预处理
• 4.2.4 聚氨酯丙烯酸酯的合成
• 4.2.5 聚氨酯丙烯酸酯改性PMMA复合材料的制备
• 4.2.6 表征方法
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 聚氨酯丙烯酸酯的表征
• 4.3.2 聚氨酯丙烯酸酯/PMMA复合材料的力学性能
• 4.3.3 聚氨酯丙烯酸酯/PMMA复合材料的光学性能
• 4.3.4 聚氨酯丙烯酸酯/PMMA复合材料的动态力学性能
• 4.3.5 聚氨酯丙烯酸酯/PMMA复合材料的热稳定性
• 4.3.6 聚氨酯丙烯酸酯/PMMA复合材料的SEM分析
• 4.4 本章小结
• 第5章 结论与展望
• 参考文献
• 在读期间已完成论文目录
• 致谢