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聚苯硫醚吹塑薄膜的结构与性能

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第38卷第5期 塑料工业 2010年5月 CHINA PLASTICS INDUSTRY 聚苯硫醚吹塑薄膜的结构与性能术 黄宝奎 ,马百钧 ,王孝军 ,龙盛如。,杨杰 ’ (1.四川大学高分子科学与工程学院,四川成都610065;2.四川大学材料科学技术研究所,四川成都610064; 3.四川大学高分子材料工程国家重点实验室,四川I成都610065) 摘要:采用哈克挤出~吹塑设备制备出聚苯硫醚薄膜,借助于差示扫描量热仪、x一射线衍射仪等手段研究了拉 仲比和吹胀比对薄膜结构和力学性能的影响。结果表明:拉伸比和吹胀比对薄膜的结构与力学性能有较大的影响,随 着拉伸比和吹胀比的增加,薄膜在对应方向上的取向度、薄膜的结晶度和弹性模量均增加,拉伸强度和断裂伸长率则 呈现先增加后下降的趋势。 关键词:聚苯硫醚薄膜;吹胀比;拉伸比;有序结构;力学性能 中图分类号:TQ325.56 文献标识码:B 文章编号:1005—5770(2010)05—0075—03 Structures and Properties of PPS Blown Film HUANG Bao—kui ,MA Bai-jun ,WANG Xiao-jun ,LONG Sheng一1R1 ,YANG lie , (1.College of Polymer Science and Engineering,Sichuan University,Chengdu 610065,China; 2.Institute of Materials Science and Technology,Sichuan University,Chengdu 610064,China; 3.State Key Laboratm7 of Polymer Materials Engineering,Sichuan University,Chengdu 610065,China) Abstract:The HAAKE extrusion—blow equipment was employed and polyphenylene sulifde(PPS)blown iflm was successfully prepared.With the analysis results of DSC and X。ray diffractometer,the impact of draw ratio and blow ratio on the structures and mechanical properties of the blown fihn was studied.The results showed that draw ratio and blow ratio had a great impact on the structure of the PPS blown fihn as well as its mechanical properties.With the increase of the draw ratio and blow ratio,the orientation degree,crystallini— ty,and modulus blown of the film increased,but its tensile strength and elongation at break increased firstly and fhell decreased. Keywords:PPS Film;Blow Ratio;Draw Ratio;Orderly Structure;Mechanical Properties 聚苯硫醚(PPS)薄膜是一种高性能薄膜,具有 影响,以期为PPS薄膜的工业化提供基础数据。 优异的热稳定性能、电绝缘性、耐腐蚀性、阻燃性、 1实验部分 耐辐射性及较好的力学性能等特点,其介电损耗因子 1.1原料及仪器设备 很小,可与聚丙烯(PP)薄膜媲美,且在宽的温度 薄膜级PPS:四川大学聚星材料研究中心;挤出 和频率范围内变化很小,是一种F级的绝缘材料, 吹塑装置:HAAKE PHEOMEX254,赛默飞世尔科技 在电子电器、航空航天及核工业等领域有着极其广泛 有限公司;差示扫描量热仪:DSC Q100,TA公司; 的应用 。国外PPS薄膜的加工工艺研究报道较 x一射线衍射仪:X Pert ProMPDDY1291,菲利普公 少,大多以专利形式出现 。 。国内在20世纪90年 代,四川大学和东方绝缘材料厂曾进行过PPS薄膜 司;万能材料试验机:AGS—J,广州新技精密仪器有 限公司。 的研究 j,但由于国外薄膜级PPs及薄膜生产技术 1.2原材料预处理及薄膜的制备 的严格保密,国内薄膜级PPS原料的研究和开发相 对落后,导致我国PPS薄膜生产尚处于空白。本文 将薄膜级PPS在烘箱中于120 oC下干燥4~6 h 以除去树脂中的水分,然后将干燥的原料采用 以薄膜级PPS为原材料,采用挤出一吹塑的方法制 得PPS薄膜,研究了加工工艺对薄膜结构与性能的 HAAKE PHEOMEX254挤出吹塑装置制备成膜,加工 {十一五863资助项目(2007AA03Z561)、广东省教育部产学研项目 联系人ppsf@SCU.edu.en 作者简介:黄宝奎,男,硕士研究生,主要从事聚苯硫醚薄膜的制备及性能研究。 塑料工业 2010拄 工艺参数见表1。 表1 聚苯硫醚薄膜加工工艺参数 Tab 1 Processing technical parameters of PPS fihn 膜样品的XRD图。南图可见,随着吹胀比和拉伸比 的增加,试样衍射峰的尖锐程度呈增加的趋势,峰宽 呈变窄的趋势,表明随着吹胀比和拉伸比的增加,薄 膜内部的有序结构是增加的,这是由吹胀比和拉伸比 的增加导致薄膜内部的分子链取向程度增大所致。 1.3测试表征 结晶性能:采用TA公司DSC Q100测试不同拉 伸比和吹胀比薄膜的DSC曲线,在N 保护下,从 50℃以10 oC/min的升温速率升温至350℃,并按下 式计算薄膜的结晶度 X =[(AH +AH )/AH。]×100% 式中,△ 为熔融热焓;△ 。、为冷结晶焓;△ 为 100%PPS晶体熔融焓80 J/g 。 结构分析:将薄膜裁剪成30 mm×30 mill的正方 形,采用菲利普公司X Pert ProMPDDY129l型x一射 线衍射仪考察薄膜内部的有序结构。 力学性能:将薄膜裁剪成标准样条,采用广州新 技精密仪器有限公司的AGS‘J型万能试验机按GB/T 13022--1991标准进行力学性能测试,拉伸速度为10 mm/mino 2结果与讨论 2.1拉伸比和吹胀比对薄膜结构的影响 拉伸比和吹胀比是影响吹塑薄膜结构和性能的两 个重要因素,吹胀比一般定义为两倍薄膜折径与口模 周长之比。但对于拉伸比,目前尚没有一个统一的认 识和确切的定义 lO-l1],此处拉伸比(b)定义为牵 引速度和挤出速度之比,按下式计算 。 b- 式中,b为吹塑薄膜拉伸比;a为口模缝隙宽度;d为口 模直径; 为吹塑薄膜折径;6为吹塑薄膜厚度。 0 10 20 30 40 50 2 图1拉伸比为7时吹胀比变化时薄膜XRD曲线 Fig 1 XRD curves of PPS film for different blow ratio 吹胀比:1—1.0;2一1.5;3—2.0 图1和图2分别为吹胀比和拉伸比变化时PPS薄 0 1O 2O 30 40 5O 2 图2吹胀比1.5托伸比变化时薄膜XRD曲线 Fig 2 XRD curves ofPPS film for different draw ratio 拉伸比:1—3.0;2—5.0;3—7.0;4—9.0 0 50 100 150 200 250 300 350 Trc 图3吹胀比变化时薄膜DSC曲线 Fig 3 DSC curves of PPS film for different blow ratio 吹胀比:1—1.O0;2—1.25;3—1.50;4—1.75;5—2.O0 0 50 100 150 2o0 250 300 350 ℃ 图4牵引速度变化时薄膜DSC曲线(吹胀比1.5) Fig 4 DSC curves of PPS film for different draw ratio 拉伸比:1—3.O0;2—5.O0;3—7.O0;4—9.O0 图3和图4及表2和表3分别为吹胀比和拉伸比 变化时薄膜的DSC升温曲线及由其计算得到的结晶 度数据。由图3和图4可以看出,在拉伸比和吹胀比 一定的情况下,吹胀比和拉伸比较小(如吹胀比为 1、拉伸比为3)时,玻璃化转变温度71 非常明显, 薄膜的重结晶峰很大,这说明此时薄膜的结晶度较 第38卷第5期 黄宝奎等:聚苯硫醚吹塑薄膜的结构号性能 小,在缓慢升温的条件下,为薄膜提供了充分的再结 厚,内部缺陷较多,随着拉伸比和吹胀比的增大,薄 膜的取向度增加,薄膜厚度变小,单位体积中缺陷减 少,从而导致薄膜的拉伸强度随着拉伸比和吹胀比的 晶机会;随着吹胀比和牵引速度的增加,玻璃化转变 温度慢慢变得不太明显,重结晶峰逐渐减小,起始熔 融温度向高温方向移动,这说明薄膜的结晶度是逐步 增加的。这是由于在薄膜吹胀和拉伸的过程中,随着 吹胀比和拉伸比的增加,分子链沿着吹胀和拉伸方向 的取向程度增加,使分子链的排列比较规整,有利于 结晶度的增加和晶体结构的完善,从而使得薄膜的 增加而增加,当拉伸比和吹胀比增加到一定程度时, 拉伸比和吹胀比增加导致薄膜内部的取向增加,虽然 有利于薄膜拉伸强度的提高,但由于薄膜厚度非常 薄,在牵引卷起时容易产生褶皱,导致薄膜产生缺 陷,受力拉伸时容易因应力集中而破坏,从而导致薄 膜的拉伸强度下降;断裂伸长率在拉伸比和吹胀比较 小时之所以随拉伸比和吹胀比的增加而增加,可能是 由于拉伸比和吹胀比较小时,薄膜较厚,缺陷多,缺 陷对薄膜的力学性能起主导作用,吹胀比和拉伸比增 加后,薄膜厚度减小,缺陷减少,因而断裂伸长率随 变得不明显,重结晶峰减小,起始熔融温度向高 温方向移动,这与表2和表3中所计算的薄膜结晶度 是一致的。 表2吹胀比对薄膜结晶度的影响 Tab 2 Effects of different blow ratio On crystallinity of PPS fihn . 结晶度/% 10.05 : 14.96 !. 17.93 !:! 19.76 : 2I.59 着吹胀比和拉伸比的s ̄Dil而增加;随着拉伸比和吹胀 比的增加,一方面薄膜内部的取向增加,分子链卷曲 程度降低,受力拉伸时分子链的伸展有限;另一方 面,薄膜厚度减小,牵引卷起时产生褶皱易在薄膜受 力拉伸时产生应力集中,两者的共同作用从而导致薄 膜的断裂伸长率随着拉伸比和吹胀比的增加而下降;. 弹性模量反应的是材料抵抗变形的能力,随着拉伸比 表3拉伸比对薄膜结晶度的影响 Tab 3 Effects of different draw ratio On erystallinity of PPS film 2.2拉伸比和吹胀比对薄膜性能的影响 表4为不同拉伸比和吹胀比下薄膜的力学性能数 和吹胀比的增加,薄膜内部的分子取向s ̄Dil,分子链 的蜷曲程度降低, 薄膜抵抗形变的能 力增加,从而使得 弹性模量随拉伸比 和吹胀比的增加而 增加。 表4拉伸比和吹胀比对薄膜力学性能的影响 Tab 4 Effects of different draw ratio and blow ratio on mechanical properties of PPS film 3 结论 1)采用挤出吹 塑的方法制备出PPS 薄膜。随着拉伸比 和吹胀比的增加, 薄膜的取向程度和 结晶度增加。 2)薄膜的力学 性能与拉伸比和吹 据。由表4可以看出,在吹胀比和拉伸比较小时,随 着拉伸比和吹胀比的增加,薄膜对应方向上的拉伸强 度和断裂伸长率逐渐增加,当拉伸比和吹胀比增加到 一胀比有较大影响,随着拉伸比和吹胀比的增加,薄膜 的拉伸强度和断裂伸长率均呈现先增加后降低的趋 势;弹性模量随拉伸比和吹胀比的增加呈增加的 趋势。 参考文 献 [1]杨杰.聚苯硫醚树脂及其应用[M].北京:化工工业出 版社,2006:291—311. 定程度时,拉伸强度和断裂伸长率呈现下降趋势; 弹性模量总体上是随着对应方向上的拉伸比和吹胀比 的增加而增加。这主要是由于薄膜的拉伸强度和断裂 伸长率不仅与薄膜的结晶取向有关,还与薄膜中是否 存在缺陷有关。在拉伸比和吹胀比较小时,薄膜较 (下转第85页) 第38卷第5期 ・85・ }H,随着纤维质量分数的增加,两试验指标的增大趋 势逐渐减缓,这可能是因为当棉皮纤维质量分数过 多,由于分散不均匀会产生局部聚集现象,没有达到 和空列的偏差平方和两者之和。同样,在表4中将含 水率所在列的偏差平方和作为试验误差偏差平方和的一 部分。在4个影响因素中,纤维含量对拉伸强度和弯曲 强度两个指标的影响都呈高度显著( ),爆破压力对 两个指标都影响显著( ),含水率对拉伸强度指标也 很好的界面结合,形成局部弱界面,从而造成整个复 合材料的强度有所损失。 表2拉伸强度方差分析表” Tab 2 Variance analysis of tensile strength 有影响([ ]),保压时间对两个指标的影响都不显著。 这一分析结果与极差分析中得出的结论一致。 3 结论 1)经过蒸气爆破预处理之后,棉皮纤维结构变 得松散,呈现变细、表面积增大等变化,纤维素含量 有所增大,且蒸汽爆破压力越高,变化越显著。 2)植物纤维的含量对复合材料的拉伸强度和弯 注:1)F0.01(3,6)=9.78,F0.05(3,6)=4.76, 曲强度性能影响呈高度显著,爆破压力对复合材料的 拉伸强度和弯曲强度性能影响呈显著,因此控制复合 材料性能的关键在于控制纤维的含量和爆破的压力。 参考文献 [1]鲁博,文,曾竞成,等.天然纤维复合材料[M]. F0.25(3,6)=1.78; 、 和[{]分别表示因素对指 标的影响程度在显著水平Of=0.01、 =0.05和 :0.25条件 下是显著的,下同。 表3弯曲强度方差分析表 Tab 3 Variance analysis of bending strength 北京:化学工业出版,2005. [2]JOHN M J,THOMAS S.Biofibres and biocomposites[J]. Carbohydr Polym,2008,71(3):343—364. [3]KALIA S,KAITH B S,KAUR I.Pretreatments of natural ibers and theifr application as reinforcing material in polymer composites—a review[J].Polym Eng Sci,2009,49(7): 1253—1272. [4]闫军,冯连勋.蒸汽爆破技术的研究[J].现代农业科 技,2009(11):278—280. 表2和表3分别是复合材料的拉伸强度和弯曲强 [5]詹怀字.纤维化学与物理[M].北京:科学出版 社,2005. 度的方差分析结果。从表3中可以看出,保压时间所 在列的偏差平方和很小,表明其对试验指标的影响也 [6]任露泉.实验优化设计与分析[M].吉林:吉林科学技 术出版社,2001. (本文于2010—03—01收到) 很小,因而将该列的偏差平方和作为试验误差偏差平 方和的一部分 ,即误差的偏差平方和为保压时间 (上接第77页) ducing polyphenylene sulifde film:GB,2189428A[P]. 1987—10—28. [2]王新民.聚苯硫醚(PPS)薄膜[J].绝缘材料通讯, 1989(5):40—45. [8]余自力,谢美菊李玉宝,等.聚苯硫醚薄膜的初步分 [3]朱沛隽,濮实.一种新型电容器薄膜[J].电子元件与 材料,1991,10(1):51—57. 析[J].绝缘材料,2004(6):30—35. 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