聚甲醛(POM)聚丁二酸丁二醇酯(PBSU)共混体系相容性、结构及性能的研究

构及性能的研究

相容结晶/结晶性聚合物共混体系由于其丰富的结晶形貌和复杂的微观结构,近年来备受研究人员的关注。本文首次制备了聚甲醛(POM)/聚丁二酸丁二醇酯(PBSU)共混物,对其相容性、结晶行为和力学性能展开了系统研究。

此外,通过剪切场作用,制备了具有取向平行的环带球晶结构的薄膜,对其形成机理以及表面润湿性能进行了探讨。论文的主要研究内容包括:第一部分,POM/PBSU共混体系的相容性研究POM/PBSU共混物在熔体状态时相容,呈均一熔体,其相容性来自于POM分子链中的亚甲基与PBSU分子中羰基的相互作用。

共混物从熔体冷却降温时,两组分分别结晶,形成晶纤相互穿插

(interfibrillar)的结构。共混物因此表现出两个相互靠近的玻璃化转变温度,分别对应于两种晶纤的无定型区分子链的松弛。

第二部分,POM/PBSU共混体系的结晶行为研究由于POM和PBSU较大的熔点差距,该共混体系表现典型的分步结晶的结晶行为。在从均一熔体降温的过程中,POM首先结晶形成充满熔体的环带球晶。

共混物中POM环带球晶的生长速率和环带间距受共混物组成的影响。在POM结晶完全后继续降温,PBSU开始结晶,当PBSU含量大于50 wt%时,相较于纯PBSU,由于POM晶体对PBSU的成核作用,共混物中PBSU的结晶速率明显加快;而当PBSU含量低于50 wt%时,由于共混物中PBSU连续度的降低,PBSU结晶受到,其结晶速率逐渐降低,甚至不发生结晶。

第三部分,POM/PBSU共混体系的力学性能研究POM/PBSU共混物中,当POM含量大于30 wt%时,PBSU能够提高POM的韧性,POM能够提高PBSU的使用温度。当

共混物中POM含量为3―10 wt%,样品表现出弱而脆的力学性能。

在此含量范围内的共混物中,POM能够在共混物基体中形成松散而完善的晶体框架。由于POM晶体对PBSU的成核作用,PBSU在该晶体框架中结晶形成尺寸较小且相互联系较弱的球晶。

此时,外力主要作用于脆弱的POM晶体框架,而PBSU基体不承担外力,使得整体的力学性能较脆。当共混物中POM含量为1 wt%时,由于POM含量极低,POM在共混物中只能形成微小的碎晶,对PBSU的成核作用较弱,此时样品的力学性能接近于纯PBSU,表现出良好的韧性和延展性。

第四部分,取向平行的环带球晶结构及其应用研究利用剪切场作用,在POM/PBSU共混物薄膜表面成功制备了大面积的取向平行的环带球晶结构。剪切温度和剪切速率对该结构形成的影响较大,在较低剪切温度和较高剪切速率时,剪切界面处的分子链取向度较高,能够形成致密的POM晶体的成核点。

随着界面处POM晶体成核点数目的增加,POM环带球晶发生了从半圆形到扇形到柱晶的形态变化。取向平行的环带球晶结构表面的润湿性能与未取向的环带球晶结构表面接近。

通过选择性刻蚀增大环带球晶“峰谷”高度差之后,其表面的亲水性有所增加,但是取向作用对于这一结构的表面润湿性影响不大。