POSS-PET復(fù)合材料的制備及性能研究.pdf

1、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)具有高的剛性、耐熱性和耐化學(xué)藥品性等優(yōu)良性能，被廣泛應(yīng)用于纖維、薄膜和工程塑料等領(lǐng)域。隨著對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量要求的提高，從 PET原料改性研究也受到重視?；\型多面體低聚倍半硅氧烷(簡(jiǎn)稱(chēng)POSS)，是一種新型的有機(jī)/無(wú)機(jī)雜化材料，具有分子內(nèi)雜化結(jié)構(gòu)、納米尺寸效應(yīng)、耐熱性能好、可提高聚合物的力學(xué)性能等優(yōu)點(diǎn)。在分子水平上將 POSS與聚合物以化學(xué)鍵相連，可以顯著的提高聚合物的性能。POSS的分子式為(RSiO1.5)n，

2、介于二氧化硅(SiO2)和硅氧烷(R2SiO)n之間。當(dāng) R為反應(yīng)性基團(tuán)時(shí)， POSS能夠以共聚、接枝或共混的方式接入大分子鏈的側(cè)基上。
　　本文選用1,2-丙二醇異丁基 POSS增強(qiáng) PET，采用原位聚合和熔融共混兩種方法分別制備出POSS/PET復(fù)合材料，POSS的添加量為1.5-5.0wt％。對(duì)復(fù)合材料進(jìn)行 SEM、NMR、XPS和 DSC等表征，結(jié)果發(fā)現(xiàn) POSS含量為1.5和2.5wt%的復(fù)合材料具有較好的分散性。選用

3、POSS含量為1.5和2.5wt%的復(fù)合材料及純PET進(jìn)行了成膜和紡絲試驗(yàn)，它們表現(xiàn)出較好的加工性能。主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)果如下：
　?。?）首先采用原位聚合方法合成 POSS/PET共聚酯。凝膠滲透色譜（GPC）的分析證明合成產(chǎn)物具有較高分子量，POSS/PET共聚酯的數(shù)均分子量（ Mn）在23000-27000g/mol之間，特性粘度為0.649-0.673dL/g。用 SEM對(duì) POSS的分散性進(jìn)行了表征，結(jié)果表明：隨著 POS

4、S含量的增加，微粒的分散性能越來(lái)越差。含有2.5wt%POSS的共聚酯中具有更好的分散性，顆粒的尺寸為80-100nm。采用 NMR和 XPS方法研究了 POSS與 PET之間的相互作用，結(jié)果發(fā)現(xiàn) POSS以共價(jià)鍵形式接到 PET大分子鏈上。通過(guò) DSC和 TG研究了復(fù)合材料的結(jié)晶性能和熱性能。研究發(fā)現(xiàn)，POSS起到了異相成核的作用，使 PET自溶體冷卻的結(jié)晶溫度向高溫移動(dòng)，結(jié)晶速率加快。采用 ARES-RFS平板流變儀測(cè)定了 POSS

5、/PET共聚酯的流變性，對(duì)其動(dòng)態(tài)流變性能作了初步的研究。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)：POSS的加入使共聚酯的儲(chǔ)能模量（G’）與損耗模量（G”）都有增大。由此說(shuō)明POSS和PET之間有一定的相互作用。
　?。?）采用20L反應(yīng)釜制備了 POSS含量為1.5和2.5wt%的POSS/PET共聚酯復(fù)合材料。將共聚酯切片熔融擠出成厚膜，經(jīng)雙向拉伸制成薄膜，拉伸倍率為3.5×3.5倍。考察 POSS含量對(duì)薄膜力學(xué)性能和光學(xué)性能的影響。薄膜的力學(xué)性能由 I

6、nstron5969型電子萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)測(cè)得。POSS的加入有利于提高薄膜的力學(xué)性能，拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率都隨著 POSS含量的增加而增大。采用 Lambda950分光光度計(jì)和 Haze-Gard Plus C型霧度儀測(cè)定儀測(cè)試了薄膜的透光率、霧度等光學(xué)性能。結(jié)果表明 POSS的加入提高了PET薄膜的透明度，改善了材料的光學(xué)性能，但霧度卻隨著POSS含量的增加而有所上升。通過(guò)熔融紡絲成功地制備了POSS/PET纖維。研究POSS的含量對(duì)

7、纖維取向、力學(xué)性能和結(jié)晶性能的影響。隨著 POSS含量的增加，纖維有更好的取向。POSS/PET纖維的力學(xué)性能要優(yōu)于純PET纖維，拉伸強(qiáng)度和彈性模量都隨著 POSS含量的增加而增大。XRD分析表明纖維的結(jié)晶度和[010]晶面的平均尺寸隨著POSS含量的增加而減小。
　?。?）POSS/PET共混復(fù)合材料通過(guò)微型共混儀熔融共混制備。該復(fù)合材料的分子結(jié)構(gòu)采用 X射線(xiàn)電子能譜（ XPS）表征，發(fā)現(xiàn)POSS與 PET之間沒(méi)有形成化學(xué)鍵。采

8、用示差掃描量熱儀（DSC）對(duì) POSS/PET共混物的非等溫結(jié)晶行為進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn) POSS存在時(shí)，PET自熔體冷卻結(jié)晶的溫度移向高溫，結(jié)晶速率加快，表明POSS起到了異性成核的作用。PET中同時(shí)存在兩種晶體形態(tài)：伸直鏈晶體和折疊鏈晶體，PET熔融過(guò)程中出現(xiàn)雙峰。POSS/PET共混物經(jīng)熔融紡絲制備成初生纖維，牽伸后得到 POSS/PET共混纖維。研究發(fā)現(xiàn)：和共聚體系不同，共混制備的纖維，由于 POSS的加入降低了纖維的取向程度，力學(xué)