高分子合金的辐射诱导自增容效应的研究

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本论文利用辐射诱导自增容的方法制备了五种PET合金,并主要研究了其在辐照前后的力学性能、凝胶含量和断面微观形貌的变化及其相互间的关系。对比PET/POE和PET/SEBS两种合金体系的力学性能发现,在不添加强化交联剂TMPTA且不辐照时,由于SEBS其侧链上带有苯环,与PET的相容性较POE更好。且SEBS的熔融粘度比POE低,与PET更为接近,更有利于SEBS在PET基体中的分散。因此,在不加强化交联剂且不辐照时,SEBS对PET合金的增韧效果优于POE。加入TMPTA且辐照后,在辐射诱导作用下,TMPTA参与了PET合金体系的自由基反应,适量的TMPTA(1wt%左右)可以在PET和POE或SEBS之间形成交联结构,增加两相之间的界面作用,从而使PET合金体系的冲击强度增加。而过多的TMPTA(大于5wt%)除了在两相之间形成交联结构外,还会产生自交联作用,形成的自聚物影响了两相之间的界面相容性,从而导致PET合金的冲击强度又开始下降,因此凝胶含量最佳为5%左右。对于PET/POE/TMPTA和PET/SEBS/TMPTA合金体系,TMPTA的最佳含量为1wt%。当TMPTA的含量为1wt%,增韧剂含量为5wt%时,此时PET和POE由于结构的差异,界面相容性不如PET和SEBS,TMPTA辐射诱导自增容效应不明显,故此时SEBS的增韧效果要优于POE。当增韧剂含量大于10wt%时,POE的增韧效果要优于SEBS。当增韧剂含量增加到15wt%时,PET/POE合金的冲击强度与PET本体相比可提高200%,而PET/SEBS合金的冲击强度可提高100%。这是由于SEBS是由柔性链段和刚性链段共同组成的,当SEBS含量过多时,由于刚性链段的存在,其对PET的增韧效果不如POE。通过两种合金体系辐照前后断面形貌的变化可以看出,当增韧剂含量为15wt%,强化交联剂TMPTA含量为1wt%,并经30kGy辐照后,增韧剂与PET基体相的相容性得到提高,分散相的尺寸明显减小,且两相的界面变得模糊,这也证明了辐射诱导自增容效应的发生。PET/POE与PET/POE-g-MA合金进行比较后发现:当POE-g-MA含量为5wt%时,辐射与官能团的反应以及MA与PET端基的反应对PET合金产生的增容效果相当,且二者难以产生协同作用,此时POE-g-MA对PET的增韧效果与POE相当。当POE-g-MA含量增加到15wt%时,两种反应发生了协同效应,从而使得POE-g-MA的增韧效果要远远优于POE;当TMPTA含量为3wt%,吸收剂量为100kGy时, PET/POE-g-MA合金的冲击强度提高了350%,且电镜照片也表明此时POE-g-MA的尺寸明显变小,且与PET基体的界面变得更加模糊。这说明当POE-g-MA含量为15wt%时,辐射与官能团的反应与MA基团与PET端基的反应发生了协同效应,从而使得两相界面间的相容性得到了更好的增强。PET/SEBS与PET/SEBS-g-MA合金进行比较后发现:SEBS-g-MA的增韧效果要弱于SEBS。当增韧剂含量均为15wt%时,与PET本体相比,PET/SEBS-g-MA合金体系的冲击强度最多可提高55%,而PET/SEBS合金体却可提升约120%。电镜照片也显示PET/SEBS-g-MA合金在添加TMPTA及辐照后,SEBS-g-MA与PET基体的界面之间仍然存在大颗粒,相间增容性并没有得到有效改善。通过对五种PET合金的冲击强度对比发现,对于PET合金来说,尽管不同的增韧剂都可以发生辐射诱导自增容反应,但是增韧剂结构的不同对于PET的增韧效果差异较大。以POE-g-MA为增韧剂,TMPTA为强化交联剂、玄武岩纤维(BF)为增强剂制备了一系列的高强高韧PET合金。其中POE-g-MA的用量为10-15wt%,TMPTA的用量为2wt%,BF的用量为16-20wt%,吸收剂量为10-30kGy。其冲击断面的电镜图片中可以看出,断面上的纤维表面覆盖有基体树脂材料,而且基体树脂的断裂以韧性断裂为主,说明复合材料经过辐照后,相间作用力得到明显改善。且经过测试,其主要性能达到了国外先进的同类材料的水平。本论文将辐射推广应用于EVOH合金体系和尼龙合金体系,通过相态结构和力学性能分析,证实了辐射对于不相容聚合物合金体系的普遍适用性。
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