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【干貨】PETG／PC 共混物的制備及結構性能研究

已有人閱讀此文 - 2020-09-25 22:40 -

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聚對苯二甲酸乙二醇酯-1，4-環(huán)己烷二甲醇酯（PETG）透明度高、光澤度好，是一種新型透明工程塑料，PETG具有沖擊強度高、耐熱性好、彎曲不泛白、耐劃痕、耐老化、防靜電、耐化學性優(yōu)異、耐水解、流動性好、著色力強、易于成型加工、衛(wèi)生性好（符合FDA）等優(yōu) 點，屬于新一代環(huán)保塑料［1］。聚碳酸酯（PC）是性能優(yōu)異的工程塑料，具有沖擊強度高、抗蠕變、尺寸穩(wěn)定性好、電絕緣性好等優(yōu)點，但PC同時也有熔體粘度大、流動性差、耐溶劑性差，在溶劑和堿性環(huán)境下易發(fā)生應力開裂和溶脹，對缺口的敏感性較大，加工時容易發(fā)生應力開裂，且加工溫度較高，價格偏高等缺點［2–4］。選擇其它聚酯改善PC性能，獲得綜合性能優(yōu)異的復合材料，是一種較為有效、簡便的改性途徑。

研究表明，利用PETG改善其它聚酯的性能可以獲得性能優(yōu)異的新產(chǎn)品［5–6］。國內(nèi)有關用PETG改性PC的研究甚少，國外也未見系統(tǒng)報道［7–8］。筆者選擇PETG與PC進行熔融共混，制備力學性能優(yōu)異、透明性好的PETG／PC共混物。

1　實驗部分

1．1　原材料

PETG：BR003，粒料，美國伊士曼化學公司；

PC：P5001，粒料，日本尤尼吉卡公司；

抗氧劑1010：粉末，市售。

1．2　主要儀器、設備

雙螺桿擠出機：ZSK–25WLE，德國WP公司；

注塑機：JPH10，廣東泓利機器有限公司；

電子萬能材料試驗機：LR30K，英國AMETEK有限公司；

擴展流變儀：ARES，美國TA公司；

差示掃描量熱（DSC）儀：204F1，德國NETZSCH公司；

透光率霧度測定儀：WGT–S，上海精密科學儀器公司。

1．3　試樣制備

將PETG、PC分別在65℃和140℃真空干燥5h，按照100/0、80/20、60/40、40/60、20/80、0/100的配比混合均勻，在雙螺桿擠出機中擠出制備PETG／PC共混物，擠出溫度為230～245℃，螺桿轉速為190r／min，制得共混物于80℃干燥4h，注射溫度為240℃，注塑成標準測試樣條。

1．4　性能測試

透光率和霧度按照GB／T2410–1980測定，樣片厚度為1.5mm；

SEM分析：將試樣在液氮中脆斷，觀察共混物的斷面形貌與相結構；

拉伸強度：按照GB／T16421–1996測定啞鈴型試樣的拉伸強度和斷裂伸長率，拉伸速度為50mm／min，溫度為25℃；

動態(tài)流變性能測試：測試方式為平行板，頻率范圍為0.1～100rad／s，測試溫度為245℃，應變?yōu)?%；

DSC測試：取適量顆粒樣品，在N2氣氛中以20℃／min的升溫速率升溫至300℃，保持5min消除熱歷史；再以50℃／min的速度快速降溫，從300℃降溫至室溫，再從室溫以20℃／min等速升溫至300℃，記錄升溫曲線。

2　結果與討論

2．1　PETG／PC共混物的DSC曲線

圖1是PETG／PC共混物的DSC曲線。

由圖1可以看出，純PETG的Tg約70℃，而純PC的Tg約140℃，隨著PC含量的增加，并沒有出現(xiàn)明顯的兩個Tg，說明兩者具有良好的相容性。

圖1 PETG／PC共混物的DSC曲線

2．2 PETG／PC共混物的透明性透光率、霧度是表征材料透光性的主要指標，透光率是透射光通量與入射光通量的比值，而霧度是散射光通量與透射光通量之比，衡量透明材料不清晰或混濁的程度，反映材料內(nèi)部或外部表面對光線的散射程度［9］。

不同配比PETG／PC共混物透光率及霧度測試結果列于表1。由表1可以看出，純PETG和純PC以及兩者的共混物的透明特性沒有太大的差別，均表現(xiàn)出很好的透明性能，這是由于兩者相容性較好，且兩者折光指數(shù)很近的緣故（PETG的折光指數(shù)為1.57，PC的折光指數(shù)1.58）。

圖2是PETG與PETG／PC共混物斷面的SEM照片。

從圖2可以看出，共混物的斷裂屬于韌性斷裂，PETG與PC呈現(xiàn)良好的相容性，兩相分散比較均勻，斷裂面上沒有空洞化現(xiàn)象，沒有明顯的分層。純PETG是由完全伸展的分子鏈平行規(guī)整排列組成；而共混物則表現(xiàn)出分子鏈發(fā)生了曲折，且分布走勢較為密集；但隨著PC含量的增加，斷裂面裂紋逐漸變密，可能是由于PETG與PC之間存在鏈滑移擴散和酯交換反應兩種機理，熔混時的酯交換反應使PC鏈段嵌入到PETG分子鏈中，使得分子鏈結構更加致密；同時由于兩者良好的相容性，通過分子鏈的滑移擴散使得分子鏈纏結，使斷層組織變密。

2．4　PETG／PC共混物的力學性能

圖3為PETG／PC共混物的力學性能曲線。由圖3看出，隨著PC用量的增加，共混物拉伸強度逐漸提高，斷裂伸長率降低，這是由于PC強度及剛度大于PETG，而且二者相容性良好，PC的加入使共混物拉伸強度提高；另一方面，PETG結構中的乙二醇基和1，4–環(huán)己烷二甲醇基能夠為分子鏈提供柔韌性和彈性，使PETG具有優(yōu)良的韌性［10］，引入PETG可使PETG／PC共混物的斷裂伸長率提高。

2．5　PETG／PC共混物的流變性能

圖4示出PETG／PC共混物的復數(shù)粘度與頻率的關系。從圖4可以看出，PETG／PC共混物熔體的復數(shù)粘度隨剪切速率的增加而下降(即剪切變稀)，表現(xiàn)出典型的假塑性流體的特征［12］。隨著PC含量的增加，復數(shù)粘度逐漸增大，這可能是由于PETG與PC間發(fā)生了酯交換反應，增加了共混物的相容性［11］，隨著PC中苯環(huán)引入量的增多，增加了空間位阻，使分子運動阻力增大，從而導致PETG／PC共混物熔體的復數(shù)粘度增加，且PC加入量越多，這種作用越顯著。