聚對(duì)苯二甲酸丙二酯-短切碳纖維復(fù)合材料的制備、結(jié)構(gòu)與性能研究.pdf

1、聚對(duì)苯二甲酸丙二酯（PTT）是繼聚對(duì)苯二甲酸乙二酯（PET）和聚對(duì)苯二甲酸丁二酯（PBT）產(chǎn)業(yè)化以后，新實(shí)現(xiàn)工業(yè)規(guī)模開(kāi)發(fā)的可成纖聚酯材料。PTT優(yōu)異的回彈性和易染性引起纖維材料界的矚目，國(guó)外已把它列為21世紀(jì)的新型纖維之一。另外，PTT在工程塑料領(lǐng)域的研究亦逐漸開(kāi)展起來(lái)，是具有發(fā)展?jié)摿Φ男滦凸こ趟芰?。碳纖維（CF）是一種具有高強(qiáng)度、高模量、良好導(dǎo)電性、密度小、耐腐蝕、耐高溫的特種纖維，應(yīng)用于改性工程塑料取得了很好的增強(qiáng)效果。本文基于PT

2、T的化學(xué)、物理特性，并結(jié)合聚合物增強(qiáng)改性原理，制備了PTT/短切碳纖維（SCF）復(fù)合材料，并系統(tǒng)地研究了它的結(jié)構(gòu)和性能。主要研究?jī)?nèi)容及結(jié)果如下：
　　 ⑴采用熔融共混法制備了PTT/SCF復(fù)合材料，并分別用毛細(xì)管流變儀、掃描電子顯微鏡、拉伸和沖擊實(shí)驗(yàn)機(jī)、高阻計(jì)和高頻Q表研究了復(fù)合材料的流變行為、形態(tài)結(jié)構(gòu)、力學(xué)性能和電性能。結(jié)果表明，復(fù)合材料斷面上的SCF表面附著PTT樹(shù)脂，界面結(jié)合性較好，保證了復(fù)合材料具有較好的力學(xué)性能，即隨S

3、CF含量增加，拉伸強(qiáng)度逐漸增加，而沖擊強(qiáng)度在碳纖維含量為5％時(shí)最大。PTT/SCF復(fù)合材料熔體表現(xiàn)出復(fù)雜的流變行為：在剪切速率<130 s-1時(shí)，表觀粘度隨剪切速率的增加而增加，屬于膨脹性流體；當(dāng)剪切速率>130 s-1時(shí)，表觀粘度隨著剪切速率的增加而減小，屬于假塑性流體。在碳纖維含量為2 wt％時(shí)，表觀粘度、粘流活化能最大。隨著碳纖維含量增加，復(fù)合材料的電阻率逐漸降低，復(fù)合材料由絕緣體轉(zhuǎn)變?yōu)榘雽?dǎo)體材料，介電常數(shù)和介電損耗也隨碳纖維增加

4、而逐漸增大。
　　 ⑵復(fù)合材料的結(jié)晶形態(tài)表明碳纖維不但發(fā)揮了成核劑的作用，而且對(duì)基體結(jié)晶的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了重要影響。碳纖維作為成核劑，使基體中晶核數(shù)量增加，使得更多PTT球晶在有限的空間里生長(zhǎng)并相互碰撞，導(dǎo)致球晶平均尺寸減??；由于碳纖維與PTT鏈之間的相互作用，使PTT晶片在結(jié)晶過(guò)程中發(fā)生了周期性的扭轉(zhuǎn)或位錯(cuò)，更有利于生成環(huán)帶球晶。在等溫結(jié)晶條件下，溫度不同，即過(guò)冷度的不同對(duì)結(jié)晶形態(tài)有著決定性的影響，所有樣品都有一個(gè)環(huán)帶球晶向正常球晶

5、的轉(zhuǎn)變溫度，而復(fù)合材料的轉(zhuǎn)變溫度較低。
　　 ⑶采用差示掃描量熱儀（DSC）測(cè)定PTT/SCF復(fù)合材料的熔融和結(jié)晶行為，結(jié)果表明：SCF使PTT的起始結(jié)晶溫度提高，晶體生長(zhǎng)速率加快。結(jié)晶后的復(fù)合材料在熔融過(guò)程中出現(xiàn)再結(jié)晶峰和雙重熔融峰。PTT/SCF復(fù)合材料的非等溫結(jié)晶行為表明，隨著冷卻速率的增加，各個(gè)樣品結(jié)晶峰值溫度Tcp向低溫移動(dòng)，復(fù)合材料的結(jié)晶速率也隨之增加。
　　 ⑷采用Jeziorny， Ozawa和Mo理論分

6、析了復(fù)合材料非等溫結(jié)晶初始階段的動(dòng)力學(xué)。結(jié)果表明，純PTT的非等溫結(jié)晶的成核方式以均相成核為主，PTT/SCF復(fù)合材料的成核方式以異相成核為主，生長(zhǎng)方式以三維生長(zhǎng)為主，碳纖維大大提高了PTT的結(jié)晶速率，并且碳纖維含量越多，晶體的生長(zhǎng)速率和生長(zhǎng)維數(shù)越大；用Friedman法測(cè)定體系的結(jié)晶活化能，結(jié)果表明碳纖維的加入提高了PTT的結(jié)晶能力，而且碳纖維含量越多，體系的結(jié)晶能力越強(qiáng)。
　　 ⑸熱重分析（TGA）測(cè)定復(fù)合材料的熱穩(wěn)定性的結(jié)