Page 67 - 《橡塑技术与装备》2023年7期

理论与研究 温浩宇 等·晶须增强 PET 复合材料的增韧改性研究

具体制备过程为 ： 明，晶须的加入对 PET 熔点的影响不大 ( 结晶温度差
将 PET 在 130±5 ℃下除湿干燥 4 h，再按表 1 的 异位于误差范围 )，这是因为 PET 分子在熔点温度主
配方进行混料，混合均匀后在双螺杆造粒机中挤出造 要发生的是整个分子链位移和分子链间的重排，晶须
粒 ；造粒料在 130±5 ℃干燥 4 h 后，在注塑机和片材 的加入对其分子链结构及运动不会产生明显影响，因
挤出机中加工成样条和样片，然后进行各项性能测试。 此基本上对这一过程的影响不大 [4] 。
表 1 试样配方 图 1 对比了配方 NT-1 到 NT-5 所制备的晶须增
试样编号 PET 硅灰石晶须 钛酸钾晶须 强 PET 试样的力学性能。由图 3(a)和(b) 可以看出，
NT-1 100 0 0
NT-2 95 5 0 随硅灰石和钛酸钾晶须的加入，PET 的拉伸强度、弯
NT-3 90 10 0 曲模量和硬度都明显提升，且随晶须添加量的增加而
NT-4 95 0 5
NT-5 90 0 10 增加。其中，添加钛酸钾晶须对 PET 强度和弯曲模量
的改善效果更加明显，表现为添加量相同时钛酸钾晶
2 试验结果与分析 须增强 PET 的拉伸强度与弯曲模量的增幅更大。在硬
2.1 晶须种类及含量对 PET 热性能与力学性 度提升方面，硅灰石和钛酸钾晶须对 PET 硬度的提高
能的影响 效果相近，两种晶须的添加量为 10% 时，增强 PET
配方 NT-1 到 NT-5 所制备的晶须增强 PET 试样 的表面铅笔硬度都增加至 H~2H，如图 3(b) 所示。但
的热性能见图 1。可以看出，与未添加晶须的 NT-1 是，添加晶须在提高 PET 强度、弯曲模量和硬度的
试样相比，晶须增强试样（NT-2~NT-5）的玻璃化 同时，会导致材料断裂伸长率和冲击韧性的下降，如
转变温度 (T g ) 都明显提升，并且随晶须添加量增加提 图 3(c) 所示 ；其中，钛酸钾晶须虽然对 PET 强度和弯
升幅度更大。其中，硅灰石晶须添加量为 5% 时其上 曲模量的提升效果更明显，但所致的材料断裂伸长率
升幅度较大 ；但随晶须添加量由 5% 上升至 10%，玻 和冲击强度降低幅度也更大。分析认为，添加晶须对
璃化温度进一步上升的趋势减缓。引起上述现象的主 PET 分子链段的 “ 钉扎 ” 效应使得分子链间相互运动
要原因是 ：晶须的加入使得 PET 分子链之间的空间逐 变得更加困难，而形变传递强烈依赖于分子链间的相
渐被填满，由此造成分子链段活动的自由空间的急剧 互运动，，由此产生 “ 补强 ” 作用 ；同理，分子链段的
减少，而 PET 的玻璃化转变正是靠链段在自由空间的 运动受限会导致材料形变能力与吸收冲击能量的能力
构象转变完成的，因此晶须对 PET 分子链段的 “ 钉扎 ” 下降，表现为材料断裂伸长率和冲击强度降低。
作用提高了其活动所需的能量，宏观上就表现为更高 添加晶须对 PET 拉伸强度、弯曲模量和硬度的提
的玻璃化转变温度 ；一旦分子链段之间的自由空间被 升作用有利于改善其摩擦磨损性能。一方面，强 度、
晶须 “ 填满 ”，再添加晶须就难以起到 “ 钉扎 ” 链段的 弯曲模量和硬度的增加能够有效降低摩擦配副对磨损
作用，表现为玻璃化转变温度的升高趋势变缓 [3] 。 面的切入深度，并抑制磨损面的形变传递，从而减轻
摩擦配副在磨损面的犁削作用、减缓磨损面的疲劳 ；
另一方面，均布于磨损面的晶须在磨损面能够起到 “ 冒
头 ” 作用能够在一定程度上减少磨损面直接接触造成
的划伤 [5~6] 。
2.2 硅灰石晶须增强 PET 的增韧改性
（1）中的研究结果表明，添加硅灰石和钛酸钾晶
须均能够在有效提高 PET 硬度、强度和弯曲模量，但
会造成材料塑性和冲击强度的大幅降低，给其实际应
用带来了一定的限制。在综合考虑测试结果及原材料
成本的基础上，本文选用 10% 硅灰石晶须增强的 PET
图 1 不同含量硅灰石和太酸钾晶须增强 PET 的玻璃化 进一步开展增韧改性的研究。表 2 给出了硅灰石晶须
转变温度 (T g ) 和熔点 (T m ) 增强 PET 的增韧改性配方。
图 1 中不同晶须增强 PET 熔点 (T m ) 的测量结果表

年
2023 第 49 卷 ·19·