聚對(duì)苯二甲酸乙二酯-蒙脫土納米復(fù)合材料的制備及結(jié)構(gòu)性能研究.pdf

1、聚合物/層狀硅酸鹽納米復(fù)合體系能大幅度提高材料的力學(xué)，耐熱和氣體阻隔等性能，有望成為制備高性能聚合物基復(fù)合材料的一種低成本，工藝簡(jiǎn)單的新方法。PET作為用量較大的一類(lèi)通用塑料，如果能通過(guò)硅酸鹽納米復(fù)合大幅度提高其力學(xué)，耐熱性能，結(jié)晶性能，將具有很大的實(shí)用價(jià)值和經(jīng)濟(jì)意義。因此。PET/蒙脫土納米復(fù)合材料的研究也備受關(guān)注。在PET/蒙脫土納米復(fù)合材料的制備，結(jié)構(gòu)和性能的表征等方面也有研究報(bào)道，而在熔融插層和分散機(jī)理，納米復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)與性能

2、及應(yīng)用方面還缺乏深入研究。 本文在文獻(xiàn)綜述的基礎(chǔ)上，主要以改性蒙脫土和PET為原料，采用雙螺桿擠出機(jī)進(jìn)行共混，用熔融插層法制備了PET/蒙脫土插層復(fù)合材料。系統(tǒng)地研究了PET離聚物/蒙脫土的結(jié)構(gòu)性能，并進(jìn)行了PET/蒙脫土的增韌研究，最后以再生PET為原料，制備納米復(fù)合材料應(yīng)用于工程塑料和纖維紡絲材料，取得了以下主要研究結(jié)果。 1．采用水溶液陽(yáng)離子交換法，制備了不同的有機(jī)胺改性蒙脫土，用WAXD，F(xiàn)T-IR，TGA表征了

3、插層效果。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，小分子有機(jī)胺對(duì)蒙脫土插層作用較弱，層間距增大不明顯；長(zhǎng)鏈有機(jī)胺對(duì)蒙脫土有較好的插層作用，烷基鏈越長(zhǎng)，處理后蒙脫土的片層間距越大，且雙烷基有機(jī)胺比單烷基有機(jī)胺更有利于插層結(jié)構(gòu)形成；在所選有機(jī)處理劑中，雙十八烷基二甲基氯化銨有機(jī)化蒙脫土插層效果最好，有機(jī)蒙脫土片層間距最大。 2．采用聚合插層的方法制備了一系列SPET/蒙脫土納米復(fù)合材料，比較了復(fù)合材料與純SPET的熱力學(xué)性能。結(jié)果表明，SIPM在2～8mol

4、﹪范圍內(nèi)，隨其含量的增加，逐漸改善了蒙脫土片層在SPET中分散；-SO<,3>Na與MMT片層的相互偶極作用使粘土層間距增大；硅酸鹽對(duì)SPET的結(jié)晶具有異相成核作用，減弱了離子對(duì)的相互作用，大大提高了離子含量較高的SPET6M和SPET8M5的結(jié)晶性能；SPET/MMT納米復(fù)合材料具有比純SPET更好的熱穩(wěn)定性，這是由于蒙脫土本身的高熱穩(wěn)定性，以及其二維層狀結(jié)構(gòu)阻礙了聚合物分子鏈的分解，提高了熱分解溫度。 3．研究了蒙脫土對(duì)PE

5、T結(jié)晶性能，熱穩(wěn)定性和力學(xué)性能的影響。結(jié)果表明，用熔融共混法可制備插層型PET/蒙脫土納米復(fù)合材料，且當(dāng)有機(jī)蒙脫土含量為1﹪時(shí)，有較好的插層效果：有機(jī)蒙脫土的加入改善了PET的結(jié)晶性能。蒙脫土在PET基體中起到了結(jié)晶成核劑的作用，熔體結(jié)晶溫度、結(jié)晶速率明顯提高：有機(jī)蒙脫土的加入提高了PET的熱穩(wěn)定性。蒙脫土的片層結(jié)構(gòu)會(huì)阻止PET分解時(shí)產(chǎn)生的小分子的運(yùn)動(dòng)、揮發(fā)、使得層內(nèi)PET不易發(fā)生熱分解，插層復(fù)合材料的熱分解溫度提高，并且隨著蒙脫土含量

6、的增加而進(jìn)一步提高：材料的耐熱形變能力也提高；有機(jī)蒙脫土的加入能對(duì)基體產(chǎn)生明顯的增強(qiáng)作用；在較高的含量下，蒙脫土對(duì)PET韌性損害較為明顯。蒙脫土含量為1﹪的復(fù)合材料具有較好的綜合力學(xué)性能。 4．將彈性體甲基丙烯酸甲脂一丙烯腈．丁二烯一苯乙烯共聚物(：MABS)引入PET/MMT體系中，制備了具有良好韌性的多組分納米材料。彈性體的加入使PET的韌性顯著提高，并隨著彈性體含量的增加，材料的韌性呈上升趨勢(shì)；隨著蒙脫土含量的增加，材料的

7、韌性呈遞減趨勢(shì)，而拉伸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度和彎曲模量都變化不大；在共混體系中加入增容劑可以改善彈性體、蒙脫土與PET基體的相容性，提高了材料的韌性；彈性體使PET在共混體系中的結(jié)晶度降低，蒙脫土和增容劑加入提高了復(fù)合材料的結(jié)晶性能。 5．對(duì)PET/彈性體/蒙脫土共混體系的流變行為作了研究，討論了彈性體、蒙脫土等組分對(duì)共混體系流變性能的影響。各共混體系都屬于非牛頓流體，是典型的剪切變稀行為，隨著剪切速率的提高，粘度呈下降趨勢(shì)；隨著體系中

8、彈性體含量的增加，體系的非牛頓行為越為顯著，熔體的粘度都比常規(guī)PET高，蒙脫土的加入使體系的粘度下降很大，PET/彈性體體系的粘流活化能隨著剪切速率的提高而增大，而加入蒙脫土后，PET/彈性體/MMT的粘流活化能隨著剪切速率的提高而增加；三相共混體系對(duì)非牛頓指數(shù)影響較復(fù)雜。 6．以PET為原料，采用熔融共混的方法制備了多組分納米工程塑料，并對(duì)各組分對(duì)性能的影響作了研究。由Surlyn和滑石粉組成的成核體系有顯著的成核效果，鑄模溫

9、度可控制在80-100℃范圍內(nèi)：玻纖在基體中的含量對(duì)復(fù)合材料性能影響較大，30wt﹪的玻纖含量能使復(fù)合材料得到優(yōu)異的綜合性能；甲基丙烯酸甲脂．丙烯腈．丁二烯．苯乙烯共聚物為彈性體，及以乙烯．甲基丙烯酸縮水甘油脂共聚物做增容劑能很好的與多組分相容，提高復(fù)合材料的各項(xiàng)性能：蒙脫土含量控制在1-3﹪，其能在基體中達(dá)到納米級(jí)分散，納米復(fù)合材料性能較佳。 7．以再生PET為原料，比較了聚合插層，熔融插層所制備的復(fù)合材料的可紡性，研究了蒙脫

10、土在不同條件下對(duì)纖維性能的影響，蒙脫土片層以納米尺寸均勻分散對(duì)PET/MMT及rPETF/MMT納米復(fù)合體系的可紡性至關(guān)重要。采用熔融插層和聚合插層的方法均可制得具有良好可紡性，可拉伸性的納米復(fù)合材料母粒。除上油速率需調(diào)整外，PET/MMT及rPET/MMT納米復(fù)合材料的紡絲工藝與純PET十分接近，具有良好的工業(yè)化生產(chǎn)前景；相同的拉伸倍數(shù)下，聚合插層和熔體插層的的試樣加入蒙脫土改性后，纖維模量都有提高：對(duì)于同一種試樣，拉伸倍數(shù)增加，纖維