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

1、聚對苯二甲酸丙二酯（PTT）是繼聚對苯二甲酸乙二酯（PET）和聚對苯二甲酸丁二酯（PBT）產(chǎn)業(yè)化以后，新實現(xiàn)工業(yè)規(guī)模開發(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，國外已把它列為21世紀的新型纖維之一。另外，PTT在工程塑料領域的研究亦逐漸開展起來，是具有發(fā)展?jié)摿Φ男滦凸こ趟芰?。碳纖維（CF）是一種具有高強度、高模量、良好導電性、密度小、耐腐蝕、耐高溫的特種纖維，應用于改性工程塑料取得了很好的增強效果。本文基于PT

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

3、CF含量增加，拉伸強度逐漸增加，而沖擊強度在碳纖維含量為5％時最大。PTT/SCF復合材料熔體表現(xiàn)出復雜的流變行為：在剪切速率<130 s-1時，表觀粘度隨剪切速率的增加而增加，屬于膨脹性流體；當剪切速率>130 s-1時，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，表觀粘度、粘流活化能最大。隨著碳纖維含量增加，復合材料的電阻率逐漸降低，復合材料由絕緣體轉(zhuǎn)變?yōu)榘雽w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，而且對基體結(jié)晶的結(jié)構產(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并相互碰撞，導致球晶平均尺寸減小；由于碳纖維與PTT鏈之間的相互作用，使PTT晶片在結(jié)晶過程中發(fā)生了周期性的扭轉(zhuǎn)或位錯，更有利于生成環(huán)帶球晶。在等溫結(jié)晶條件下，溫度不同，即過冷度的不同對結(jié)晶形態(tài)有著決定性的影響，所有樣品都有一個環(huán)帶球晶向正常球晶

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

6、析了復合材料非等溫結(jié)晶初始階段的動力學。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復合材料的成核方式以異相成核為主，生長方式以三維生長為主，碳纖維大大提高了PTT的結(jié)晶速率，并且碳纖維含量越多，晶體的生長速率和生長維數(shù)越大；用Friedman法測定體系的結(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。
　　 ⑸熱重分析（TGA）測定復合材料的熱穩(wěn)定性的結(jié)