PET-TiO-,2-納米復(fù)合材料性能研究及其紡絲模擬.pdf

1、納米二氧化鈦具有優(yōu)異的特性，廣泛應(yīng)用于光、電、磁、催化、抗菌等各個(gè)領(lǐng)域，更是制備功能性聚合物基納米復(fù)合材料和纖維的重要原料，然而納米二氧化鈦在高粘度的聚合物熔體中的分散問題，在很大程度上限制了高質(zhì)量納米復(fù)合材料的開發(fā)，盡管原位分散的方法可以很好地解決納米微粒在PMMA、PA6等熱塑性聚合物中的分散性，但納米二氧化鈦的高活性卻限制了以原位聚合的方法制備高含量、高分子量的聚酯，也就是說(shuō)，共混法制備聚合物基無(wú)機(jī)納米復(fù)合材料仍然占據(jù)著重要地位。

2、因此，通過(guò)表面改性的方法有效提高納米二氧化鈦在聚合物熔體中的分散性和加工性能，是一個(gè)值得研究的重要課題。 研究了納米TiO<,2>的表面接枝聚合反應(yīng)，通過(guò)表面接枝偶聯(lián)劑的方法在納米TiO<,2>表面引入偶氮引發(fā)劑，通過(guò)IR對(duì)處理后納米粒子表面化學(xué)結(jié)構(gòu)的分析，說(shuō)明接有偶氮基團(tuán)的納米粒子受熱分解形成自由基，可以引發(fā)MMA的自由基聚合。通過(guò)TEM和紫外一可見光分光光度計(jì)分析，研究了納米粒子在丙酮溶液中的分散性和穩(wěn)定性，并采用接觸角測(cè)量

3、儀測(cè)試計(jì)算納米粒子表面張力。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：納米TiO<,2>經(jīng)表面修飾后，由于表面張力的減小，分散性和穩(wěn)定性得到很大的改善。 通過(guò)熔融共混法制備了PET/TiO<,2>納米復(fù)合材料，研究了復(fù)合材料的結(jié)晶行為和流變特性。采用DSC研究了體系的非等溫結(jié)晶動(dòng)力學(xué)，發(fā)現(xiàn)納米TiO<,2>的表面特性對(duì)PET的結(jié)晶行為有很大影響，未處理的納米TiO<,2>提高了PET的熔融溫度和結(jié)晶溫度，而經(jīng)表面修飾的納米TiO<,2>對(duì)PET的熔融溫度和結(jié)晶

4、溫度的影響并不顯著。不同表面特性的納米TiO<,2>降低了PET的結(jié)晶度，但經(jīng)表面接枝后的納米TiO<,2>其影響程度減弱。用Jeziomy法和莫志深法對(duì)PET/TiO<,2>納米復(fù)合材料的非等溫結(jié)晶動(dòng)力學(xué)進(jìn)行處理，發(fā)現(xiàn)由于納米TiO<,2>與PET分子的界面作用，降低了PET基體結(jié)晶速率，結(jié)晶活化能增大，結(jié)晶能力降低。采用RS300旋轉(zhuǎn)流變儀測(cè)定了PET/TiO<,2>納米復(fù)合材料的流變特性，發(fā)現(xiàn)加入納米TiO<,2>后，PET體系的

5、表觀粘度降低；但是不同表面特性的納米TiO<,2>對(duì)體系的粘度有不同的影響，PET/TiO<,2>體系的粘度最低；而經(jīng)表面接枝偶聯(lián)劑以及表面接枝聚合PMMA的TiO<,2>對(duì)PET粘度降低的程度減弱。隨著剪切速率的增大，復(fù)合材料的粘流活化能降低。在研究了PET/TiO<,2>納米復(fù)合材料的結(jié)晶與流變特性的基礎(chǔ)上，根據(jù)聚合物熔融紡絲動(dòng)力學(xué)基本理論和聚合物基納米復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)特征及成型特點(diǎn)，提出了聚合物基納米復(fù)合材料熔融紡絲動(dòng)力學(xué)基本方程，

6、建立了聚合物基納米復(fù)合材料的熔融紡絲動(dòng)力學(xué)的數(shù)學(xué)模型。根據(jù)PET/TiO<,2>納米復(fù)合材料結(jié)晶動(dòng)力學(xué)和流變特性的研究，獲得了熔融紡絲的材料參數(shù)，進(jìn)行了模擬計(jì)算，討論了紡絲速度、納米TiO<,2>表面特性對(duì)熔融紡絲動(dòng)力學(xué)的影響。結(jié)果表明：隨著紡絲速度的增加，速度梯度的最大值、結(jié)晶度、應(yīng)力、粘度都相應(yīng)增加，溫度變化不明顯；不同表面特性的納米TiO<,2>對(duì)速度梯度、溫度、應(yīng)力影響不顯著，但對(duì)結(jié)晶度和粘度影響較大。所建立模型可以反映聚合物基