CN102114688A - 一种增强pet材料冲击强度和拉伸强度的方法 - Google Patents

一种增强pet材料冲击强度和拉伸强度的方法 Download PDF

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杨凯
张旺玺
潘玮
苏朝化
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Abstract

本发明公开了一种增强PET材料冲击强度和拉伸强度的方法，属于高分子材料的固态加工领域。是按照下述步骤进行的：(1)注塑PET样条后在150～200℃结晶0～80min；(2)将结晶好的PET样条剪切成与磨具腔体相同的形状后，在20～250℃、0～1000MPa条件下加压；(3)将步骤(2)中得到的PET样条热处理。本发明通过高压强迫变形技术在PET材料中形成了贝壳层状微观结构，该结构是通过材料中球晶相和无定形相结构的形态改变实现。加工温度在熔点以下，PET的变形不可回复，加工后材料的表面光滑，同时加工后的微观结构提高了材料的力学性能(冲击、拉伸性能)，提升了PET材料的应用领域。

Description

一种增强PET材料冲击强度和拉伸强度的方法
技术领域
本发明属于高分子材料的固态加工领域，特别是涉及一种高压强迫变形，通过形成贝壳层状微观结构达到增加PET材料力学性能的方法。
背景技术
PET虽然具有优良的力学性能和耐热性，但由于成型时结晶速率过慢，影响加工效率，并且冲击性能差，这些确定限制了PET的广泛应用。对于PET一般采用共混、共聚和复合等改善材料的脆性，但在共混、共聚改性的过程中，韧性的增加是以拉伸性能下降为损失的，因此，寻找一种能增强拉伸强度、又保证PET材料冲击性能的制备方法成为人们广泛关注的问题。
聚合物的增韧改性一直是材料改性中的重要问题。自从1927年第一个增韧PS的技术专利问世，到第一个利用橡胶增韧技术开发出的ABS塑料，随着增韧技术的进步，促使高分子材料的应用领域不断扩展。基于70、80年代各种刚性有机粒子增韧的高抗冲材料研究，以及近年来无机刚性粒子增韧高聚物体系研究的深入，各种增韧机理相继提出。
随着增韧研究的深入，加工增韧逐渐成为研究的热点。近年来对注塑成型自增强的研究被不断报道。Bayer R.K.，et al.Polym.Eng.Sci.，1989，29，186(聚合物工程与科学，1989年，第29期，186页)提出了拉伸流动注射成型的新方法，制得拉伸强度较大的PE试样。固态成型中的辊压也是一种有效的增韧加工方法。D.C.Sun，E.M.Berg and J.H.Magill.，et al.Polym.Eng.Sci.，1990，30，635(聚合物工程与科学，1990年，第30期，635页)报道了PP和PE-PP嵌段共聚物的辊压成型，发现辊压成型后的试样的机械强度在三维方向上都有所提高。
发明内容
本发明的要解决的技术问题是PET材料不能同时具有强的韧性和好的冲击性能，提供一种增强PET材料冲击强度和拉伸强度的方法，增强PET材料拉伸强度的同时，又不降低材料的冲击性能。
本发明的技术方案是以下述方式实现的：
一种增强PET材料冲击强度和拉伸强度的方法，是按照下述步骤进行的：
(1)在250～350℃、压力为8～16MPa下注塑PET样条，在150～200℃结晶0～80min；
(2)将步骤(1)中结晶好的PET样条剪切成与磨具腔体相同的形状后，在20～250℃、0～1000MPa条件下加压0～150min；
(3)将步骤(2)中得到的PET样条在0～500MPa压力下、烘箱温度为50～280℃热处理不小于10min。
上述步骤(1)中优选的结晶时间是40min。
上述步骤(2)优选是在烘箱温度为50～240℃、10～1000MPa压力下加压0.1～20min。
上述所述步骤(2)的最佳方式中压力是200～1000MPa。
上述步骤(3)的优选热处理温度是130～170℃。
上述步骤(3)的最佳方案的热处理时间不小于30min。
本发明通过一种高压强迫变形技术在PET材料中形成了贝壳层状微观结构，该结构是通过材料中球晶相和无定形相结构的形态改变实现。由于加工温度在熔点以下，所以PET的变形不可回复，加工后材料的表面光滑，同时加工后的微观结构提高了材料的力学性能(冲击、拉伸性能)，提升了PET材料的应用领域。
将结晶40min的PET样条在110℃，300MPa的压力条件下实施5分钟，成型后在160℃、100Mpa压力热处理不同时间的样条缺口冲击性能如下表1所示：
表1
  热处理时间(min)   拉伸强度(MPa)   冲击强度(J/m)
  10   38.37   62.75
  30   40.01   73.28
  50   43.48   82.42
  70   48.85   92.24
  90   57.30   89.44
  110   70.82   90.54
将结晶40min的PET样条在110℃，300MPa的压力条件下实施5分钟，成型后在160℃松弛热处理不同时间的样条拉伸性能如下表2所示：
表2
  热处理时间(min)   拉伸强度(MPa)   冲击强度(J/m)
  未加工样条   30.48   62.75
  未热处理样条   38.44   73.28
  10   37.93   74.28
  30   43.28   85.24
  50   42.40   92.75
  70   52.94   98.02
  90   67.95   103.74
  110   59.35   90.83
附图说明
附图是本发明中PET试样冲击断面的SEM图。
具体实施方式
实施例1
一种增强PET材料冲击强度和拉伸强度的方法，是按照下述步骤进行的：
(1)在250℃～350℃、注射压力为8MPa下注塑PET样条；
(2)将步骤(1)中结晶好的PET样条剪切成与磨具腔体相同的形状，PET样条的形状可以根据具体的需要和磨具腔体形状而定，比如长方体；
(3)将步骤(2)中得到的PET样条在烘箱温度为250MPa压力下、50℃热处理200min。
本实施例首先制备一定尺寸的PET样条，结晶后在一定的压力下在烘箱温度为热处理，PET样条在该压力、温度下作用一段时间后，高分子材料的两相结构出现塑性变形。球晶在高压作用下出现变形，从球体转变为椭球状甚至形成圆盘状，并最终相形成结晶和非晶相互排列的贝壳层状微观结构，如附图所示。
实施例2
一种增强PET材料冲击强度和拉伸强度的方法，是按照下述步骤进行的：
(1)在250℃～350℃、注射压力为9MPa下注塑PET样条，在155℃结晶80min；
(2)将步骤(1)中结晶好的PET样条剪切成与磨具腔体相同的形状后，在20℃、10MPa条件下加压150min；
(3)将步骤(2)中得到的PET样条在50MPa压力下、烘箱温度为70℃热处理110min。
本实施例首先制备一定尺寸的PET样条，结晶后放入磨具中，在一定温度和压力下保持，PET样条在该压力、温度下作用一段时间后，高分子材料的两相结构出现塑性变形。球晶在高压作用下出现变形，从球体转变为椭球状甚至形成圆盘状，并最终相形成结晶和非晶相互排列的贝壳层状微观结构，如图1所示。接着对变形的样条进行热处理，最终制备了韧性提高数倍，拉伸性能提高两倍的增韧、增强PET材料。
实施例3
一种增强PET材料冲击强度和拉伸强度的方法，是按照下述步骤进行的：
(1)在250℃～350℃、注射压力为10MPa下注塑PET样条，在160℃结晶70min；
(2)将步骤(1)中结晶好的PET样条剪切成与磨具腔体相同的形状后，在50℃、50MPa条件下加压120min；
(3)将步骤(2)中得到的PET样条在100MPa压力下、烘箱温度为100℃热处理100min。
其他同实施例1。
实施例4
一种增强PET材料冲击强度和拉伸强度的方法，是按照下述步骤进行的：
(1)在250℃～350℃、注射压力为11MPa下注塑PET样条，在165℃结晶60min；
(2)将步骤(1)中结晶好的PET样条剪切成与磨具腔体相同的形状后，在100℃、100MPa条件下加压100min；
(3)将步骤(2)中得到的PET样条在150MPa压力下、烘箱温度为130℃热处理90min。
其他同实施例1。
实施例5
一种增强PET材料冲击强度和拉伸强度的方法，是按照下述步骤进行的：
(1)在250℃～350℃、注射压力为12MPa下注塑PET样条，在170℃结晶50min；
(2)将步骤(1)中结晶好的PET样条剪切成与磨具腔体相同的形状后，在140℃、200MPa条件下加压80min；
(3)将步骤(2)中得到的PET样条在200MPa压力下、烘箱温度为150℃热处理70min。
其他同实施例1。
实施例6
一种增强PET材料冲击强度和拉伸强度的方法，是按照下述步骤进行的：
(1)在250℃～350℃、注射压力为13MPa下注塑PET样条，在175℃结晶40min；
(2)将步骤(1)中结晶好的PET样条剪切成与磨具腔体相同的形状后，在160℃、300MPa条件下加压60min；
(3)将步骤(2)中得到的PET样条在烘箱温度为170℃热处理60min。
其他同实施例1。
实施例7
一种增强PET材料冲击强度和拉伸强度的方法，是按照下述步骤进行的：
(1)在250℃～350℃、注射压力为14MPa下注塑PET样条，在180℃结晶30min；
(2)将步骤(1)中结晶好的PET样条剪切成与磨具腔体相同的形状后，在180℃、500MPa条件下加压40min；
(3)将步骤(2)中得到的PET样条在300MPa压力下、烘箱温度为200℃热处理50min。
其他同实施例1。
实施例8
一种增强PET材料冲击强度和拉伸强度的方法，是按照下述步骤进行的：
(1)在250℃～350℃、注射压力为15MPa下注塑PET样条，在185℃结晶20min；
(2)将步骤(1)中结晶好的PET样条剪切成与磨具腔体相同的形状后，在200℃、600MPa条件下加压20min；
(3)将步骤(2)中得到的PET样条在350MPa压力下、烘箱温度为220℃热处理40min。
其他同实施例1。
实施例9
一种增强PET材料冲击强度和拉伸强度的方法，是按照下述步骤进行的：
(1)在250℃～350℃、注射压力为16MPa下注塑PET样条，在190℃结晶10min；
(2)将步骤(1)中结晶好的PET样条剪切成与磨具腔体相同的形状后，在220℃、700MPa条件下加压10min；
(3)将步骤(2)中得到的PET样条在400MPa压力下、烘箱温度为250℃热处理30min。
其他同实施例1。
实施例10
一种增强PET材料冲击强度和拉伸强度的方法，是按照下述步骤进行的：
(1)在250℃～350℃、注射压力为8MPa下注塑PET样条，在195℃结晶20min；
(2)将步骤(1)中结晶好的PET样条剪切成与磨具腔体相同的形状后，在240℃、800MPa条件下加压1min；
(3)将步骤(2)中得到的PET样条在450MPa压力下、烘箱温度为280℃热处理20min。
其他同实施例1。
实施例11
一种增强PET材料冲击强度和拉伸强度的方法，是按照下述步骤进行的：
(1)在250℃～350℃、注射压力为12MPa下注塑PET样条，在200℃结晶50min；
(2)将步骤(1)中结晶好的PET样条剪切成与磨具腔体相同的形状后，在250℃、1000MPa条件下加压0.1min；
(3)将步骤(2)中得到的PET样条在500MPa压力下、烘箱温度为140℃热处理10min。
其他同实施例1。
实施例12
一种增强PET材料冲击强度和拉伸强度的方法，是按照下述步骤进行的：
(1)在250～350℃、注射压力为8～16MPa下注塑PET样条，在150～200℃结晶0～80min；
(2)将步骤(1)中结晶好的PET样条剪切成与磨具腔体相同的形状后，在20～250℃、0～1000MPa条件下加压0～150min；
(3)将步骤(2)中得到的PET样条在0～500MPa压力下、烘箱温度为50～280℃热处理不小于10min。
其他同实施例1。
实施例13
一种增强PET材料冲击强度和拉伸强度的方法，是按照下述步骤进行的：
(1)在250～350℃、注射压力为8～16MPa下注塑PET样条，在150～200℃结晶40min；
(2)将步骤(1)中结晶好的PET样条剪切成与磨具腔体相同的形状后，在在50～240℃、10～1000MPa压力下加压0.1～20min；
(3)将步骤(2)中得到的PET样条在0～500MPa压力下、烘箱温度为100～250℃热处理10～100min。
其他同实施例1。
实施例14
一种增强PET材料冲击强度和拉伸强度的方法，是按照下述步骤进行的：
(1)在250～350℃、注射压力为8～16MPa下注塑PET样条，在150～200℃结晶40min；
(2)将步骤(1)中结晶好的PET样条剪切成与磨具腔体相同的形状后，在在50～240℃、200～1000MPa压力下加压0.1～20min；
(3)将步骤(2)中得到的PET样条在0～500MPa压力下、烘箱温度为130～170℃热处理30～100min。
其他同实施例1。

Claims (7)

1.一种增强PET材料冲击强度和拉伸强度的方法，其特征在于是按照下述步骤进行的：
(1)在250～350℃、压力为8～16MPa下注塑PET样条，在150～200℃结晶0～80min；
(2)将步骤(1)中结晶好的PET样条剪切成与磨具腔体相同的形状后，在20～250℃、0～1000MPa条件下加压0～150min；
(3)将步骤(2)中得到的PET样条在0～500MPa压力下、烘箱温度50～280℃热处理不小于10min。
2.根据权利要求1所述的增强PET材料冲击强度和拉伸强度的方法，其特征在于：所述步骤(1)的结晶时间是40min。
3.根据权利要求1所述的增强PET材料冲击强度和拉伸强度的方法，其特征在于：所述步骤(2)是在50～240℃、10～1000MPa压力下加压0.1～20min。
4.根据权利要求3所述的增强PET材料冲击强度和拉伸强度的方法，其特征在于：所述步骤(2)的压力是200～1000MPa。
5.根据权利要求1所述的增强PET材料冲击强度和拉伸强度的方法，其特征在于：所述步骤(3)是在烘箱温度100～250℃热处理10～100min。
6.根据权利要求5所述的增强PET材料冲击强度和拉伸强度的方法，其特征在于：所述步骤(3)的热处理温度是130～170℃。
7.根据权利要求6所述的增强PET材料冲击强度和拉伸强度的方法，其特征在于：所述步骤(3)的热处理时间为30～100min。
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