王 飛,王浩江,李維義,雷祖碧

(廣州合成材料研究院有限公司,廣東廣州 510665)

聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯薄膜的濕熱和鹽霧穩(wěn)定性研究*

王 飛,王浩江,李維義,雷祖碧

(廣州合成材料研究院有限公司,廣東廣州 510665)

研究了濕熱老化和鹽霧老化對(duì)聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)薄膜拉伸性能的影響。結(jié)果表明,隨著濕熱老化試驗(yàn)時(shí)間的增加,PET薄膜的拉伸強(qiáng)度呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢,斷裂伸長率則呈現(xiàn)先減小、然后增大、再減小的趨勢；而隨著鹽霧試驗(yàn)時(shí)間的增加,PET薄膜的拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長率均逐漸減小。

聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯,鹽霧,濕熱,老化

聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)是熱塑性聚酯家族中的重要品種之一,具有優(yōu)良的電絕緣性、抗蠕變性、耐疲勞性、耐摩擦性和尺寸穩(wěn)定性,在較寬的溫度范圍內(nèi)具有優(yōu)良的物理機(jī)械性能,長期使用溫度可達(dá)120℃,并以纖維(滌綸)、薄膜和工程塑料等產(chǎn)品形式而得到廣泛應(yīng)用。其中,PET薄膜是一種性能比較全面的包裝薄膜,其機(jī)械性能優(yōu)良,其強(qiáng)韌性是所有熱塑性塑料中最好的,抗張強(qiáng)度和抗沖擊強(qiáng)度比一般薄膜高得多,同時(shí)具有挺力好、尺寸穩(wěn)定、透明性好、有光澤、氣密性和保香性良好等諸多優(yōu)點(diǎn)。隨著特種功能薄膜的開發(fā),PET薄膜新的用途也不斷出現(xiàn),可以生產(chǎn)成高光亮膜、轉(zhuǎn)移膜、反光膜、化學(xué)涂布膜、抗靜電膜、熱封膜、熱收縮膜等功能性薄膜而應(yīng)用于包裝、印刷等行業(yè)。但由于PET大分子主鏈中含有大量的親水性酯鍵,在強(qiáng)酸、強(qiáng)堿和水蒸汽作用下易發(fā)生降解,特別是在熱的作用下,降解會(huì)明顯加快,并最終導(dǎo)致其物理機(jī)械性能急劇下降[1-3]。

因此,本文以PET薄膜為研究對(duì)象,研究了其在濕熱老化和鹽霧老化試驗(yàn)條件下的穩(wěn)定性,主要考察了濕熱和鹽霧老化對(duì)其拉伸性能的影響。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要原料

PET薄膜,市售。

1.2 設(shè)備及測試儀器

SO-500-2型鹽霧試驗(yàn)箱,日本板橋理化株式會(huì)社；BE-TH-80M8型可程式恒溫恒濕試驗(yàn)箱,東莞貝爾試驗(yàn)設(shè)備有限公司；AG-IC 20KN型電子拉力機(jī),日本島津。

1.3 試樣制備

將PET薄膜按照國家標(biāo)準(zhǔn)裁成規(guī)格為150mm×10mm×0.032mm的拉伸樣條,然后進(jìn)行濕熱和鹽霧老化試驗(yàn)和測試。

1.4 測試與表征

2 結(jié)果與討論

2.1 濕熱老化對(duì)PET薄膜拉伸性能的影響

圖1為PET薄膜的拉伸強(qiáng)度隨濕熱老化時(shí)間的變化曲線圖。由圖1可知,隨著濕熱老化時(shí)間的增加,PET薄膜的拉伸強(qiáng)度呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢。這是因?yàn)镻ET薄膜采用雙向拉伸方法制備時(shí),PET大分子鏈在縱向和橫向都發(fā)生了取向,在冷卻定型工序后,這種不平衡的構(gòu)象被“凍結(jié)”,但會(huì)留有殘余應(yīng)力。在濕熱老化過程中,由于PET大分子鏈中含有大量的親水性酯鍵基團(tuán),PET分子鏈吸水而發(fā)生增塑作用,同時(shí)在熱的作用下,PET的大分子鏈運(yùn)動(dòng)加劇,不僅使得之前的殘余應(yīng)力得以釋放,也使得PET大分子鏈得以更有序地排列,從而使得結(jié)晶度提高[4],造成PET薄膜的拉伸強(qiáng)度增大。由于在老化初期,吸水量有限,拉伸強(qiáng)度的升高主要是結(jié)晶作用所致,而隨著濕熱老化時(shí)間的延長,PET分子鏈吸收的水分也隨之增多,水增塑的作用逐漸強(qiáng)過結(jié)晶的作用,PET的拉伸強(qiáng)度也隨之降低。

圖1 PET薄膜的拉伸強(qiáng)度隨濕熱老化時(shí)間的變化

圖2為PET薄膜的斷裂伸長率隨濕熱老化時(shí)間的變化曲線圖。由圖可知,隨著濕熱老化時(shí)間的增加,PET薄膜的斷裂伸長率呈現(xiàn)先減小、然后增大、再減小的變化。這是因?yàn)?在濕熱老化初期,PET在熱的作用下發(fā)生的結(jié)晶度的提高導(dǎo)致材料的韌性下降,而隨著濕熱老化試驗(yàn)時(shí)間的增加,PET吸收的水分逐漸增加,水對(duì)PET的增塑作用也隨之增強(qiáng),PET薄膜的韌性也逐漸增大,但當(dāng)濕熱老化時(shí)間達(dá)到1000h后,斷裂伸長率顯著下降,這是因?yàn)镻ET大分子鏈在水和熱的共同作用下發(fā)生降解,導(dǎo)致材料的拉伸性能發(fā)生急劇下降,在濕熱老化試驗(yàn)的不同時(shí)間段,水分和熱對(duì)PET拉伸性能的影響是由三種不同機(jī)理所主導(dǎo),即結(jié)晶度、水增塑和水解[3,5]。

圖2 PET薄膜的斷裂伸長率隨濕熱老化時(shí)間的變化

2.2 鹽霧老化對(duì)PET薄膜拉伸性能的影響

PET薄膜的拉伸強(qiáng)度隨鹽霧老化試驗(yàn)時(shí)間的變化如圖3所示。由圖可知,隨著鹽霧老化時(shí)間的增加,PET薄膜的拉伸強(qiáng)度逐漸降低。這可能是因?yàn)樵邴}霧老化試驗(yàn)中,除了PET吸水引起的水增塑作用而導(dǎo)致材料拉伸強(qiáng)度下降之外,PET分子主鏈中的酯鍵在水的作用下發(fā)生水解,而氯化鈉溶液中的鈉離子與PET水解生產(chǎn)的—COO-基團(tuán)結(jié)合生成—COONa,這種鹽的侵蝕作用加快了PET大分子鏈的斷裂而造成降解,從而造成拉伸強(qiáng)度的快速下降。

圖3 PET薄膜的拉伸強(qiáng)度隨鹽霧老化時(shí)間的變化

圖4 PET薄膜的斷裂伸長率隨鹽霧老化時(shí)間的變化

圖4是PET薄膜的斷裂伸長率隨鹽霧老化試驗(yàn)時(shí)間的變化曲線圖。如圖所示,PET薄膜的斷裂伸長率隨著鹽霧老化試驗(yàn)時(shí)間的增加而逐漸減小。結(jié)合以上分析可知,盡管水的增塑作用可使PET薄膜的韌性得到一定程度的提高,但氯化鈉溶液引起的PET分子鏈的斷裂降解表現(xiàn)更為明顯,降解對(duì)PET薄膜斷裂伸長率的降低起到主導(dǎo)作用。

3 結(jié)論

(1)隨著濕熱老化試驗(yàn)時(shí)間的增加,PET薄膜的拉伸強(qiáng)度呈現(xiàn)先增大后減小的變化,斷裂伸長率則呈現(xiàn)先減小、然后增大、再減小的變化,在濕熱老化試驗(yàn)的不同時(shí)間段,水分和熱對(duì)PET拉伸性能的影響可能由結(jié)晶度、水增塑和水解等不同機(jī)理所主導(dǎo)。

(2)鹽霧老化試驗(yàn)過程中,PET薄膜的拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長率隨著鹽霧老化試驗(yàn)時(shí)間的增加而降低,水分造成的水解和氯化鈉鹽分的侵蝕作用可能是造成PET薄膜拉伸性能下降的主要原因。

[1] Bastioli C,Guanella I,Romano G. Effect of water sorption on the physical properties of PET,PBT,and their long fibers composites[J]. Polymer Composites,2004,11(1)：1-9.

[2] Vigier G,Tatibouet J. Physical aging of amorphous and semicrystalline PET [J]. Polymer,1993,34(20)：4257-4266.

[3] 肖迎紅,Anne Bergeret,Marie-Pierre Foulcmp. PET的濕熱老化性能研究[J].塑料科技,2001,114(4)：22-24.

[4] 唐景,彭麗霞,張?jiān)雒?等.不同老化模式對(duì)光伏背板中PET結(jié)晶度的影響[J].合成材料老化與應(yīng)用,2011,40(2)：40-46.

[5] 李茜茜,吳常良.光伏背板用PET薄膜濕熱老化性能研究[J].太陽能,2004(8)：50-52.

Study on the Damp Heat and Salt Mist Stability of Polyethylene Terephthalate Film

WANG Fei,WANG Hao-jiang,LI Wei-yi,LEI Zu-bi

(Guangzhou Research Institute Co.Ltd.of Synthetic Materials,Guangzhou 510665,Guangdong,China)

The effects of damp heat and salt mist aging on the tensile property of polyethylene terephthalate (PET) were studied. It has been found with the increase of damp heat aging time that the tensile strength showed a trend of first increase and then decrease,and the elongation at break exhibited a trend of first decrease,then increase and decrease subsequently,while the tensile strength and elongation at break both deceased with the increase of salt mist aging time.

polyethylene terephthalate,salt mist,damp heat,aging

北京石油化工學(xué)院研究生創(chuàng)新項(xiàng)目(16033981001/030)資助

楊明山,博士,教授,博士生導(dǎo)師,主要從事聚合物改性和復(fù)合材料的研究；E-mail：yangmingshan@bipt.edu.cn

TQ 361.10