PET-SiO-,2-納米復(fù)合材料的制備與性能研究.pdf

1、聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)是一種性能優(yōu)良、價格低廉的高分子材料，具有強(qiáng)度高、熱穩(wěn)定性好、阻隔性能及耐溶劑性好等諸多優(yōu)點(diǎn)，廣泛用于纖維、薄膜、磁帶、包裝材料以及工程塑料等領(lǐng)域。但PET在作為工程塑料使用時還存在一些缺點(diǎn)，如結(jié)晶速率慢，成型制品的收縮率大，抗沖擊性能差等，因此在模塑制品及精密器件等方面的應(yīng)用受到限制。為了提高PET的結(jié)晶速率，一般采用向基體材料中加入成核劑，通過成核劑誘導(dǎo)結(jié)晶作用，達(dá)到提高PET的結(jié)晶速率的目的；而沖擊性

2、能的提高往往借助于PET與其它聚合物或無機(jī)材料共混復(fù)合來實現(xiàn)。
　　 近年來，隨著納米技術(shù)與納米科技的發(fā)展，將納米粒子優(yōu)良的性能與聚合物材料的易加工性相結(jié)合，制備聚合物/無機(jī)納米復(fù)合材料，成為開發(fā)高性能材料的一個研究方向。但由于無機(jī)納米粒子與聚合物基體之間的作用較弱，造成無機(jī)納米粒子在聚合物基體內(nèi)部不能均勻分散，導(dǎo)致聚合物/無機(jī)納米復(fù)合材料的性能下降。因此，無機(jī)納米粒子尺寸大小與分散性的控制是制備復(fù)合材料的關(guān)鍵。常用來制備聚合物

3、/無機(jī)納米復(fù)合材料的方法有溶液共混、熔融共混、原位聚合與溶膠-凝膠法。基于此，本文采用溶膠-凝膠法制備二氧化硅納米粒子，并用原位聚合方法合成PET/SiO2納米復(fù)合材料，制備出納米粒子含量與尺寸大小可控，分散性較好的納米復(fù)合材料。主要開展的研究工作如下：
　　 （1）采用溶膠-凝膠法，經(jīng)原位聚合反應(yīng)合成不同SiO2含量的PET/SiO2納米復(fù)合材料，并對縮聚反應(yīng)動力學(xué)進(jìn)行了研究。采用FTIR對合成的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征，并用粘度

4、法對復(fù)合材料的分子量進(jìn)行測定。結(jié)果顯示部分PET是通過化學(xué)鍵接枝到SiO2納米粒子表面。對縮聚反應(yīng)動力學(xué)研究結(jié)果表明，縮聚反應(yīng)是二級反應(yīng)，加入SiO2后的縮聚反應(yīng)體系的反應(yīng)活化能明顯降低，反應(yīng)速率常數(shù)顯著增大，反應(yīng)速率提高。
　　 （2）對PET/SiO2納米復(fù)合材料的形態(tài)進(jìn)行了研究。采用掃描電鏡（SEM）對PET/SiO2納米復(fù)合材料的形貌進(jìn)行分析。結(jié)果表明當(dāng)SiO2含量較低時，PET/SiO2納米復(fù)合材料中SiO2粒子分布較

5、均勻，粒子較規(guī)則，粒徑較小。其原因可歸結(jié)于本文通過溶膠-凝膠過程制備SiO2粒子，與縮聚反應(yīng)同時進(jìn)行，由于體系粘度較大，從而有效地避免了SiO2粒子的團(tuán)聚傾向。透射電鏡（TEM）分析結(jié)果顯示PET/SiO2納米復(fù)合材料形成了有機(jī)相-無機(jī)相半互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，聚合物分子鏈穿插進(jìn)入SiO2三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中。PET/SiO2納米復(fù)合材料中SiO2粒子粒徑分布較寬，粒徑范圍為50～100 nm左右。X-射線衍射分析結(jié)果表明所制備的SiO2粒子為無定形

6、態(tài)。
　　 （3）對PET/SiO2納米復(fù)合材料的結(jié)晶行為和非等溫結(jié)晶動力學(xué)進(jìn)行研究。非等溫結(jié)晶動力學(xué)研究表明，PET/SiO2納米復(fù)合材料的Avrami參數(shù)n值高于純PET的n值，這說明SiO2納米粒子改變了PET基體的成核機(jī)理和生長方式。PET/SiO2納米復(fù)合材料的結(jié)晶活化能比純PET低，說明SiO2納米粒子對PET具有異相成核作用。與純PET相比較，PET/SiO2納米復(fù)合材料的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度、熔融溫度、結(jié)晶溫度均發(fā)生改

7、變，其改變程度與SiO2納米粒子含量的多少與冷卻速率的大小有關(guān)。如對一個確定SiO2含量的PET/SiO2納米復(fù)合材料，結(jié)晶溫度隨冷卻速率的增加而降低，而當(dāng)冷卻速率一定時，結(jié)晶溫度隨SiO2含量的增加而增加。
　　 （4）對PET/SiO2納米復(fù)合材料的力學(xué)性能和其他性能進(jìn)行了較系統(tǒng)研究。分析結(jié)果顯示當(dāng)SiO2用量為2.0 wt％時，復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度分別比純PET提高了26％和25％；當(dāng)SiO2用量為1.0 wt％時

8、，其沖擊強(qiáng)度比純PET提高了31％。這種變化可因于本文所制備的PET/SiO2納米復(fù)合材料中納米粒子在聚合物基體中的均勻分散以及與PET之間較強(qiáng)的相互作用。PET/SiO2納米復(fù)合材料動態(tài)力學(xué)分析結(jié)果顯示，同一頻率下PET/SiO2納米復(fù)合材料的儲能模量高于純PET的儲能模量；在不同振動頻率下，材料的儲能模量和玻璃化轉(zhuǎn)變溫度隨振動頻率的增大而略有增大，且PET/SiO2納米復(fù)合材料的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度比純PET的玻璃化溫度高。PET/SiO