正文 6.4 熱塑性聚酯(1 / 3)

聚酯類樹脂是由二元酸和二元醇通過縮聚反應製得,在主鏈中含有酯基的一類高分子材料。由於所用原材料不同,聚酯樹脂可分為三類,即①飽和聚酯:飽和二元酸與飽和二元醇生成的線形聚合物,稱為熱塑性飽和聚酯樹脂或熱塑性聚酯;②不飽和聚酯:由不飽和二元羧酸(或酸酐)與二元醇縮聚所得到的聚合物,稱為不飽和聚酯,其分子鏈中含有不飽和鍵,可以交聯固化,是熱固性聚合物;③醇酸樹脂:由多元酸和多元醇縮聚得到的體型高相對分子質量聚酯樹脂,是一種多官能團單體之間反應的產物,屬熱固性聚合物,主要用作塗料和黏合劑。

熱塑性聚酯是一類頗具發展前途的重要工程塑料,廣義地說,聚酯液晶聚合物係列、聚芳酯、聚酯彈性體及新開發的生物降解性聚酯等也屬於此類。商業化熱塑性聚酯樹脂的主要品種有:聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚對苯二甲酸丙二醇酯(PTT)、聚對苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚對苯二甲酸1,4-環己烷二甲酯(PCT)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚萘二甲酸丁二醇酯(PBN)等,但大規模工業化生產和應用最多的是 PBT和 PET,本節隻對這兩種聚合物進行介紹。

6.4.1熱塑性聚酯的結構特征

熱塑性聚酯的結構單元由三部分組成,即柔性亞甲基鏈、剛性的苯撐基和極性的酯基。苯環與兩側的酯基共軛形成了一個比較龐大的剛性基團,使聚合物具有較高的力學性能,突出的耐化學溶劑性、耐熱性和優良的電性能;極性酯基賦予較強的分子間作用力、較高的強度、一定的吸水性及水解性;亞甲基鏈使分子鏈具有柔性,且柔性隨亞甲基數的增加而增加,這使得此類聚酯樹脂具有熱塑性塑料的特征,對加工有利。

6.4.2熱塑性聚酯的性能

6.4.2.1PET的結構與性能

聚對苯二甲酸乙二醇酯(Polyethylene terephthalate,簡稱PET ),是對苯二甲酸與乙二醇直接酯化或對苯二甲酸二甲酯與乙二醇進行酯交換反應而製得的熱塑性樹脂。

PET為無色透明(無定形)或乳白色半透明 (結晶性)的固體,無定形樹脂的密度為l.3~1.33g /cm3,折射率為1.655,透射率為90%;結晶性樹脂的密度為1.33~1.40g /cm3。PET是支鏈度極小的線形大分子,分子的結構規整,屬結晶性高分子材料,結晶度可達40%;但其結晶速度慢,結晶溫度高,所以結晶度不太高,可製成透明度很高的無定形PET。

由於PET分子鏈含有柔性的脂肪烴基、剛性的苯撐基和極性的酯基,使PET具有較高的拉伸強度、剛度和硬度,良好的耐磨性、耐蠕變性,並可以在較寬的溫度範圍內保持這種良好的力學性能。PET的拉伸強度與鋁膜相近,是PE薄膜的9倍,是PC薄膜和PA薄膜的3倍。拉伸強度可達到175~176 MPa,模量可達 3870 MPa,如果經過拉伸定向,拉伸強度可進一步增大到 280 MPa,模量增大到6630MPa。該聚合物薄膜的衝擊強度是其他塑料薄膜的 3~5倍。PET是通過增強提高性能的最有成效的工程塑料之一。玻璃纖維增強後的PET呈米黃色,玻璃纖維含量一般在25%~45%,力學性能相當或略高於增強PA6、增強PC等。玻璃纖維增強PET在100℃下,彎曲強度和彎曲彈性模量仍能保持較高水平,在-50℃低溫下,衝擊強度與室溫相比也僅有少量下降。

PET的玻璃化溫度約在67~80℃之間,熔融溫度為250~260℃,最高連續使用溫度120℃,並能在150℃下短時間使用。PET的熱變形溫度為85℃(1.82MPa)。玻璃纖維增強後的PET耐熱性有很大提高,熱變形溫度可達220~240℃(1.82MPa),同時,PET的結晶度也有所提高。隨著溫度的提高,力學性能下降小,在高低溫交替作用下,力學性能變化小。玻璃纖維增強PET具有優異的耐熱老化性能。

PET雖然是極性聚合物,但電絕緣性優良,即使在高頻率下,仍具有良好的電絕緣性。這是由於其Tg高於室溫,室溫下酯基處於不活動狀態,分子偶極定向受到極大限製的緣故。隨著溫度的升高,電性能略有降低。電場頻率改變對該聚合物介電性能影響不大。但作為高電壓材料使用時,薄膜的耐電暈較差。

PET對非極性溶劑如烴類、汽油、煤油、潤滑油等都很穩定,對極性溶劑在室溫下也較穩定,例如,室溫下不受丙酮、氯仿、三氯乙烯、乙酸、甲醇、乙酸乙酯等的影響。由於PET含有酯基,在強酸、強堿或水蒸氣的作用下會發生分解,氨水的作用更強烈,但在高溫下可耐高濃度的氫氟酸、磷酸、甲酸、乙酸。

PET還具有優良的耐候性,室外暴露六年,其力學性能仍可保持初始值的80%。增強PET的耐疲勞性也非常好。

PET的內聚能密度在聚合物中屬於中等或中等略偏高的水平,溶解度參數約21.9(J/cm3)1/2。苯甲醇、硝基苯、三甲酚可以使該聚合物溶解。四氯乙烷-甲酚或苯酚混合液、苯酚-四氯化碳混合液、苯酚-氯苯混合液也可以使其溶解。