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GEP/PO共混物的原位成纤及其形态、结构与性能

李忠明  
【摘要】: 以聚乙烯(PE)和聚丙烯(PP)为主的通用塑料高性能化是当前及今后高分子材料科学与工程领域的一项重要研究课题。以聚烯烃(PO)为主体的共混改性是实现通用塑料高性能化的一条重要途径。在共混过程中使分散相原位形成一些特殊形态,从而较大幅度提高材料性能、增加材料功能,是共混改性的一个重要发展趋势。本论文提出在共混物加工和其制品失效过程中应力、温度场作用下,使分散相原位成纤,从而简便、高效、清洁地达到通用塑料高性能化。 本论文对PO为主体的通用工程塑料(GEP)/PO共混物分别在熔融和固相下的原位成纤及其形态、结构、性能进行了研究,取得了大量有价值的数据和结果。这对丰富和发展聚合物共混和合金化改性理论具有较重要的学术价值,为开发新型聚合物共混物及合金提供了新的途径。主要研究成果: (一)挤出-热拉伸-淬冷制备GEP/PO原位微纤化共混物及形态与性能研究采用“熔融挤出-热拉伸-淬冷(melt extrusion-hot stretching-quenching)”制备原位微纤化共混物(in-situ microfibrillar blend,IMB),为了保证在随后加工中微纤不被破坏,采用了低温成型(基体的加工温度)制备试样,系统研究了聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)/聚乙烯(PE)共混物的原位成纤及其形态与性能。 (1)通过研究不同加工设备、不同口模结构及不同共混物体系对成纤的影响,发现带矩形窄缝状口模的挤出机采用“熔融挤出-热拉伸-淬冷”能产生最好的纤维结构,PET/PE体系的成纤效果最好。 (2)热拉伸比恒定时,PET微纤形态特征主要受PET含量的影响。增加PET含量,纤维直径变大,分布变宽,但最小纤维直径基本不变。IMB拉伸强度较通常共混物可提高约100%。PET含量为15 wt%左右时,IMB试样呈明显的脆性,通常共混物试样有较好的韧性。这是不同变形机理引起的:球状粒子在试样拉伸过程中与基体产生了界面滑动,而纤维与基体没有。 (3)固定共混物组成,热拉伸比从1(无拉伸)增加到47.62,PET粒子相继从球形转变成椭球、棒、纤维和微纤。除最小粒径保持基本不变,最大和平均 李忠明:GEP用O共混物的原位成纤及其形态、结构与性能 粒径均逐渐减小。拉伸比增加,IMB拉伸模量和强度有显著增加。试样的断裂 伸长率随热拉伸比增加剧烈下降,产生明显的韧一脆转变。 (4)推导出跟纤维特性、基体特性及成型工艺参数等因素相关的IMB强度 计算公式。提出了含一定长径比分散相的共混物的韧一脆转变模型:分散相粒子 为应力集中体,靠近分散相粒子的基体层为银纹裂纹集中区(A)和离分散相粒子 稍远的基体层为塑性变形区(B)。不存在B区,则属脆性断裂;A区厚度较小, B区较大,则属韧性断裂。材料发生韧一脆转变与基体特性、分散相特征(长径 比、直径、长度)、分散相体积分数、破坏时的外界条件(温度、应变速率)等有 关。强度和韧一脆转变的预测结果与实验吻合。 (5)比基本断裂功(印eeifie essential work of fracture,we)适合表征pET爪E微 纤化共混物的韧性。在PET含量为15 phr时w。有最大值;热拉伸比适中时, we也有最大值。 (6)乙烯一醋酸乙烯酷共聚物(EVA)能改善PET/PE微纤化共混物的界面。增 容后,共混物的拉伸强度,特别是断裂伸长率有显著提高。we能较好地评价EVA 的增容效果。加入少量增容剂和催化剂后,共混物的w。大幅度增加。 (二)GEP份。原位微纤化共混物的结晶特性与结晶结构 采用多种手段表征了原位微纤对PE和聚丙烯(PP)结晶特性和结晶结构的 影响。由于PP的结晶特性较PE更引人注意,因此重点研究了PET/PP微纤化 共混物。 (1)示差扫描量热仪(D SC)研究PET/PE和PET用P微纤化共混物的非等温结 晶特性表明,PET微纤对PE和PP有良好结晶成核作用,特别是可将PP结晶 温度提高约10℃。增加降温速率,结晶峰变宽且向低温方向移动,但总体看, 微纤化共混物较纯基体相聚合物变化较小。采用Jeziomy、Ozawa、Mo等非等 温结晶动力学方法处理,PET/PP通常共混物及微纤化共混物的结晶过程呈两个 阶段,两个阶段的结晶动力学参数相差很大。swt%PET微纤对PP己能起到良 好结晶促进作用,再增加微纤含量,PP相的结晶参数变化不大。热拉伸比4.0 的PET微纤对PP相结晶能起到良好促进作用,再增加热拉伸比,PP相的结晶 参数变化也不大。 (2),J“角x一射线散射(S AxS)和热台偏光显微镜(Po哟在线研究PET加P原 位微纤化共混物非等温和等温结晶过程的结构和形态再次表明,PET微纤对 四川大学博士学位论文 PP有良好的异相成核作用。剪切有利于纯PP和PET/PP微纤化共混物结晶, 但即使有剪切作用,微纤化共混物的结晶起始和结束温度均较纯PP高。发现 结晶形态跟结晶温度有关,当结晶温度为145和150oC时,形成球晶,温度为 130和120oC时,形成横晶。这为研究横晶对高分子材料力学性能影响提供了 条件。初步研究表明,横晶使PET用P原位微纤化共混物拉伸强度和模量增加。 (3)研究了PET/PP原位微纤化共混物(未结晶处理)的结晶形态和结构。 SEM照片表明,PET微纤含量15wt%的共混物中,横晶相互搭结、贯通形成 横晶


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