聚丁二酸丁二醇酯拉伸行為及共混改性研究.pdf

1、本文在簡要回顧聚合物形變和斷裂機制、半晶聚合物在拉伸過程中出現(xiàn)的應力波動現(xiàn)象、以及形變行為與形態(tài)結構的關系基礎上,研究了聚丁二酸丁二醇酯(PBS)拉伸過程中的應力波動現(xiàn)象、形變和斷裂行為與微觀結構的關系,明確了PBS形變和破壞規(guī)律。進而從加工應用角度,對PBS進行了共混改性研究,制備了PBS/PHBV(聚羥基丁戊酸酯共聚物)共混物、PBS/木質纖維復合材料,并對其機械性能、相形態(tài)、結晶行為和熱性能進行了系統(tǒng)性研究,以獲得性價比優(yōu)異的PB

2、S基共混材料。PBS的拉伸應力應變曲線細頸擴展部分出現(xiàn)了一定振幅規(guī)律性波動,并且反映在樣條表面規(guī)律性明暗間隔帶狀結構,稱為應力波動現(xiàn)象。通過研究不同拉伸速度、拉伸溫度下的應力應變曲線和相應的拉伸樣條形貌,發(fā)現(xiàn)PBS在較大的拉伸速度范圍內(10-200mm/min)都能出現(xiàn)應力波動現(xiàn)象,但拉伸速度越大,其應力波動振幅越小;不同拉伸溫度下測試表明,PBS只在較窄的溫度內(23-60℃)出現(xiàn)應力波動現(xiàn)象。通過DSC對拉伸前后PBS試樣的熱力學

3、和結晶行為分析,拉伸誘導PBS再結晶,雖未形成新的晶型,但是結晶熱的釋放使得樣條局部溫升產生的“粘-滑”機理,導致試樣表面規(guī)律性明暗間隔帶狀結構。偏光顯微鏡(POM)下觀察試樣結晶形貌則證明“粘”的階段PBS再結晶,且結晶度較高呈現(xiàn)彩色條紋,而“滑”的階段試樣局部整體移動,所以呈現(xiàn)視野下全暗,結晶度較低;綜合結果證明PBS應力波動成因是符合熱傳遞觀點。通過場發(fā)射掃描電子顯微鏡(FESEM)、原子力顯微鏡(AFM)、小角X射線散射(SAX

4、S)研究PBS拉伸過程微觀結構的變化,明確其拉伸形變和斷裂機理。FESEM照片顯示,其形變歷程包含:彈性形變、局部取向化、塑性形變、銀紋化、微纖拔出階段。拉伸前后AFM相圖的變化驗證了拉伸提高PBS取向度,以及晶區(qū)、非晶區(qū)排列有序性。通過斷面FESEM圖發(fā)現(xiàn)拉伸斷面斷面存在大量空洞,并且在20-200mm/min拉伸速率范圍內,試樣拉伸斷裂部位都處于應力波動導致的明暗間隔帶狀結構部分。該區(qū)域存在著結晶度高的結晶區(qū)和結晶度較低的結晶區(qū),其

5、界面結合較弱,在應力的作用下易出現(xiàn)空洞。2D-SAXS花樣圖證實該區(qū)域在拉伸時產生了空洞化效應,導致了樣條發(fā)生斷裂。為拓展PBS應用領域,發(fā)揮其韌性較高的優(yōu)勢,同時增強PBS剛性,通過擠出-注塑加工工藝制備了PBS/PHBV全生物降解共混物,對其性能進行了系統(tǒng)性研究。加入30wt％PHBV后,彎曲強度提高8MPa,彎曲模量提高近1倍。動態(tài)力學性能測試(DMA)和掃描電子顯微鏡(SEM)結果表明PBS與PHBV熱力學不相容。隨著PHBV含

6、量增加,PBS/PHBV共混物由海-島結構逐漸轉變?yōu)殡p連續(xù)相結構隨后相反轉的海-島結構,PBS由連續(xù)相轉為分散相。DSC數(shù)據表明共混導致PBS結晶度下降,導致質量百分比50/50的共混體系綜合性能較差,而質量百分比為70/30、30/70體系綜合性能較好。木質纖維作為一種富含纖維素的天然產物,采用與PBS共混制備復合材料,可降低PBS成本,提高耐溫性能和剛性。研究木質纖維含量對PBS/木質纖維復合材料機械性能、熱性能、形態(tài)形貌和流變性能

7、的影響。結果表明復合材料彎曲性能隨著木質纖維含量的增加會有一定的提高,當加入30份木質纖維時,拉伸強度、彎曲強度分別提高4、12MPa,彎曲模量增加近一倍;采用四種偶聯(lián)劑對木質纖維進行表面處理發(fā)現(xiàn),其中KH-570對材料的綜合性能的改善最有效,復合材料的拉伸強度和彎曲強度能提高4MPa,SEM形態(tài)分析知經過硅烷偶聯(lián)劑處理后,木質纖維能包埋在PBS樹脂基體當中;制備了PBS-g-MAH作為PBS/木質纖維復合體系增容劑,SEM照片表明加入