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PA66/RCT/rPET/滑石粉复合材料的研究

王宁

   工程塑料聚已二酰已二胺(polyamide 66, PA66),俗称尼龙66,具有较高的刚性、耐磨性、耐化学介质等优良的性能,在交通、机械制造、电子电器等领域已大量应用。为了降低成本、适应多样化使用性能的要求,PA66的共混、填充改性已是工程塑料高性能化和实用化研究的重点领域之一。 近年来,随着聚对苯二甲酸乙二醇酯(Poly(ethylene terephthalate), PET)在包装领域中用量的迅速增长,每年就要产生大量的废旧PET(rPET). PET主要作为饮料等食品的包装,货架期短,又是一次性使用,废弃PET瓶等包装制品依然较好的保持着PET的性能,选用废旧PET瓶片作为改性材料,若技术方法得当,既可以制备出性/价比高的PA66基工程塑料(PA66/rPET),又使废弃物资源化,更具有重要的经济、社会意义和学术价值。然而,一般的PA66/rPET复合材料的综合力学性能往往达不到预期要求。究其原因主要在于PA66和rPET的界面结构问题和rPET的结晶问题。因此将rPET与PA66共混,要制备出综合性能优于PA66的新型PA66基工程塑料,PA66和rPET形成何种界面结构并加快rPET的结晶速率成为亟待解决的科学技术问题。 为了在大幅度提高PA66/rPET复合材料的韧性的同时保持或者尽量少降低其刚性(拉伸屈服应力、弯曲弹性模量),本工作设计出PA66/rPET复合材料应具有如下结构特征:在PA66中加入rPET时,引入既能与PA66反应、又能与rPET反应,同时具有增韧作用的反应性增容增韧剂(reactive compatibilizing toughener, RCT),在PA66和rPET之间有化学键连接;再采取合适的反应性共混工艺,使RCT在能效应、熵效应的作用下,能自组装于PA66与rPET之间,形成结合力强的适度柔性界面区。这种结构特征使材料在受到外力作用时,能保证在PA66和rPET之间很好的传递应力,强韧的界面区能有效地终止剪切形变和银纹化,具有较高的吸收冲击能的能力。此外,通过加入高效、适量的rPET成核剂,加工成型过程中改变rPET的结晶行为,加快rPET的结晶速率,有效提高复合材料的刚性或者尽量减少刚性的降低。 基于此,本工作以聚丙烯、弹性体、含有环氧官能团的单体及辅助单体等为主要原料,采用低粘度反应体系,利用“聚合桥连接、反应性混配”的原理和技术研制出了反应性增容增韧剂,将PA66、RCT、rPET和成核剂(滑石粉,记为Ta)按一定配比、采取不同的反应性共混工艺,经双螺杆挤出机熔融反应共混,制备出了PA66/RCT/rPET/Ta复合材料。采用分级提取、红外分析(IR)法、透射电镜(TEM)、扫描电镜(SEM)、偏光显微镜(PLM)、热分析(DSC)、力学性能测定等手段,对RCT和PA66/RCT/rPET/Ta复合材料的结构和性能进行了表征,得出了如下主要结果和结论: (1)RCT是由两种单体的均聚物和共聚物,未参加反应的PP和弹性体,PP和弹性体分别与单体的接枝共聚物,单体桥链连接的PP与弹性体接枝共聚物,单体桥链连接的PP和弹性体及两种弹性体之间的交联物组成的。 (2)综合考虑苯甲酸钠、滑石粉、有机膨润土和钛白粉四种成核剂对rPET结晶行为和力学性能的影响,优选出滑石粉作为rPET的成核剂。滑石粉使rPET的TPcc下降了13.6℃,Scc提高到15.4,TPmc提高了25℃,Smc提高到6.1。rPET/滑石粉复合材料的拉伸强度、弯曲模量分别比原料rPET提高了24%、22%,热变形温度提高了3.1℃。 (3) PA66/RCT/rPET/Ta复合材料中,RCT中的环氧官能团与PA66和rPET分子链上的反应性官能团发生了化学反应,组分间形成了化学键连接;PA66基体与rPET之间形成了结合力强的适度柔性界面。 (4)RCT与rPET的反应程度大于与PA66的反应程度。PA66/RCT/rPET/Ta复合材料的力学性能与反应性共混工艺密切相关:PA66预先与部分RCT反应性共混,再与其他物料反应性共混挤出的“二次共混”工艺最优。 (5)采用最优工艺,随着RCT含量的增加,PA66/RCT/rPET/Ta复合材料的拉伸屈服应力、弯曲模量逐渐降低,冲击韧性逐渐提高。当PA66/RCT/rPET/Ta组成为66.5/5/28.5/5时,复合材料的综合力学性能最佳,拉伸屈服应力、弯曲弹性模量、悬臂梁缺口冲击强度分别是原料PA66的96%、122%和141%,热变形温度提高了4.8℃。 (6)采用最优工艺,随着RCT含量的增加,PA66/RCT/rPET/Ta复合材料中PA66的Tg均高于原料PA66的Tg,提高的幅度先增大后降低;Tmcp提高了11.1~13.3℃,提高的幅度逐渐减小。复合材料中rPET的Tg稍低于原料rPET的Tg,降低的幅度逐渐增大;Tccp降低了26.1~28.1℃,降低的幅度逐渐增大;Tmcp提高了11.7~18.9℃,提高的幅度逐渐减小。……   
[关键词]:PA66;反应性增容增韧剂;废旧PET;结构;性能;成核剂
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:郑州大学2010年