聚对苯二甲酸乙二酯/凹凸棒土纳米复合材料和纤维的制备及性能研究

论文摘要

PET是目前最重要的合成材料之一,它价格低廉,具有优良的性能,但由于结晶速度慢、低模量等缺点导致其加工性能差,使得PET在工程塑料上的应用受到限制;而且常规涤纶染色性差、易起球、易产生静电等缺点降低了其使用价值。为了提高PET的性能,可以通过多种方法对其进行改性。而凹凸棒土（AT）作为一种具有特殊层链状结构的天然纳米无机物,将其应用于聚合物改性方面也已经取得一定的成果。研究结果表明AT不仅可以提高聚合物的结晶性能、流变性能及热性能等,而且可以提高纤维的力学性能。本论文利用AT对PET进行改性,通过原位聚合法得到PET/KT纳米复合材料,并通过熔融法制得纳米复合纤维,具体来说,主要开展了以下几个方面的研究工作:PET/AT纳米复合材料切片制备及性能分析:本论文采用原位聚合法制备样品,首先将提纯过的凹凸棒土加入原料乙二醇（EG）中,得到AT/EG混合溶液,搅拌均匀后在室温下经过超声处理使AT在EG中分散均匀。通过改变聚合条件和聚合时间进行小试聚合得到的PET树脂,将切片在透射电镜下进行观察,发现AT在PET基体中呈纳米尺寸分布。通过DSC、POM和TGA等实验研究了复合材料的结晶性能和热性能,并在ARES-RFS型旋转流变仪上对复合材料的动态流变行为进行了研究。结果显示,复合材料热失重曲线的外延起始温度和最终剩余重量都有所提高,这说明AT可以改善PET的热稳定性;通过Jeiorny方法对样品的非等温结晶过程及其动力学研究发现,当含有适量AT时PET的结晶温度和结晶速率有很大提高,但是复合材料的结晶度和晶粒尺寸要小于纯PET,这表明AT的加入可以提高PET的结晶性能;复合材料的复数粘度、储存模量和损耗模量较高于纯PET,并且随AT含量的增加而逐渐增大,这是因为AT与PET之间的相互作用。PET/AT纳米复合纤维制备及性能研究:将聚合得到的PET切片干燥后进行熔融纺丝得到PET/KT纳米复合纤维,通过X射线衍射研究复合纤维的结晶性能发现AT的加入并不改变PET的晶型,但是会降低晶粒尺寸。通过对其进行DMA、双折射和强度测试,研究凹凸棒土的加入对PET纤维取向以及力学性能的影响,结果表明,AT的加入会影响复合材料的动态力学性能,从tgδ值可以看出玻璃化转变温度Tg随着AT含量的增加而增大;添加适量的AT可以提高PET纤维的取向、断裂强度和杨氏模量,同时纤维的断裂伸长会降低,这说明复合纤维的力学性能也有所提高。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 PET的共混改性
• 1.2.1 PET/PC共混改性
• 1.2.2 PET/PEN共混改性
• 1.2.3 PET/PP共混改性
• 1.3.PET的化学改性
• 1.3.1 PET/PEG共聚
• 1.3.2 PET/NG共聚
• 1.3.3 PET/PTMG共聚
• 1.4.PET的添加成核剂改性
• 1.4.1 异相成核剂
• 1.4.2 均相成核剂
• 1.5.PET的纳米复合改性
• 2纳米改性'>1.5.1 SiO₂纳米改性
• 3纳米改性'>1.5.2 CaCO₃纳米改性
• 2纳米改性'>1.5.3 TiO₂纳米改性
• 1.5.4 蒙脱土纳米改性
• 1.6 凹凸棒土及其纳米复合材料研究
• 1.7 本论文选题及内容
• 参考文献
• 第二章 PET/AT纳米复合材料制备及结构性能表征
• 2.1 引言
• 2.2 实验原料及方法
• 2.2.1 实验原料
• 2.2.2 PET/AT纳米复合材料制备
• 2.2.3 测试方法
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 PET/AT纳米复合材料形态分析
• 2.3.2 AT对PET复合材料结晶行为的影响
• 2.3.3 AT对PET复合材料熔融行为的影响
• 2.3.4 AT对PET复合材料热稳定性的影响
• 2.3.5 PET/AT复合材料流变性能研究
• 2.4 本章小结
• 参考文献
• 第三章 PET/AT纳米复合纤维制备及结构性能表征
• 3.1 引言
• 3.2 实验方法
• 3.2.1 PET/AT纳米复合纤维制备
• 3.2.2 测试方法
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 纳米复合纤维结晶性能分析
• 3.3.2 PET/AT纳米复合纤维取向性分析
• 3.3.3 PET/AT纳米复合纤维动态力学性能分析
• 3.3.4 AT对PET复合纤维力学性能的影响
• 3.4 本章小结
• 参考文献
• 第四章 结论与展望
• 硕士研究生在学期间发表学术论文目录
• 致谢