聚對苯二甲酸乙二醇酯薄膜的濕熱和鹽霧穩定性研究*

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)

聚對苯二甲酸乙二醇酯薄膜的濕熱和鹽霧穩定性研究*

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聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)薄膜拉伸性能的影響。結果表明,隨著濕熱老化試驗時間的增加,PET薄膜的拉伸強度呈現先增大后減小的趨勢,斷裂伸長率則呈現先減小、然后增大、再減小的趨勢；而隨著鹽霧試驗時間的增加,PET薄膜的拉伸強度和斷裂伸長率均逐漸減小。

聚對苯二甲酸乙二醇酯,鹽霧,濕熱,老化

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

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

1 實驗部分

1.1 主要原料

PET薄膜,市售。

1.2 設備及測試儀器

SO-500-2型鹽霧試驗箱,日本板橋理化株式會社；BE-TH-80M8型可程式恒溫恒濕試驗箱,東莞貝爾試驗設備有限公司；AG-IC 20KN型電子拉力機,日本島津。

1.3 試樣制備

將PET薄膜按照國家標準裁成規格為150mm×10mm×0.032mm的拉伸樣條,然后進行濕熱和鹽霧老化試驗和測試。

1.4 測試與表征

2 結果與討論

2.1 濕熱老化對PET薄膜拉伸性能的影響

圖1為PET薄膜的拉伸強度隨濕熱老化時間的變化曲線圖。由圖1可知,隨著濕熱老化時間的增加,PET薄膜的拉伸強度呈現先增大后減小的趨勢。這是因為PET薄膜采用雙向拉伸方法制備時,PET大分子鏈在縱向和橫向都發生了取向,在冷卻定型工序后,這種不平衡的構象被“凍結”,但會留有殘余應力。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,PET分子鏈吸水而發生增塑作用,同時在熱的作用下,PET的大分子鏈運動加劇,不僅使得之前的殘余應力得以釋放,也使得PET大分子鏈得以更有序地排列,從而使得結晶度提高[4],造成PET薄膜的拉伸強度增大。由于在老化初期,吸水量有限,拉伸強度的升高主要是結晶作用所致,而隨著濕熱老化時間的延長,PET分子鏈吸收的水分也隨之增多,水增塑的作用逐漸強過結晶的作用,PET的拉伸強度也隨之降低。

圖1 PET薄膜的拉伸強度隨濕熱老化時間的變化

圖2為PET薄膜的斷裂伸長率隨濕熱老化時間的變化曲線圖。由圖可知,隨著濕熱老化時間的增加,PET薄膜的斷裂伸長率呈現先減小、然后增大、再減小的變化。這是因為,在濕熱老化初期,PET在熱的作用下發生的結晶度的提高導致材料的韌性下降,而隨著濕熱老化試驗時間的增加,PET吸收的水分逐漸增加,水對PET的增塑作用也隨之增強,PET薄膜的韌性也逐漸增大,但當濕熱老化時間達到1000h后,斷裂伸長率顯著下降,這是因為PET大分子鏈在水和熱的共同作用下發生降解,導致材料的拉伸性能發生急劇下降,在濕熱老化試驗的不同時間段,水分和熱對PET拉伸性能的影響是由三種不同機理所主導,即結晶度、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間的變化

2.2 鹽霧老化對PET薄膜拉伸性能的影響

PET薄膜的拉伸強度隨鹽霧老化試驗時間的變化如圖3所示。由圖可知,隨著鹽霧老化時間的增加,PET薄膜的拉伸強度逐漸降低。這可能是因為在鹽霧老化試驗中,除了PET吸水引起的水增塑作用而導致材料拉伸強度下降之外,PET分子主鏈中的酯鍵在水的作用下發生水解,而氯化鈉溶液中的鈉離子與PET水解生產的—COO-基團結合生成—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,從而造成拉伸強度的快速下降。

圖3 PET薄膜的拉伸強度隨鹽霧老化時間的變化

圖4 PET薄膜的斷裂伸長率隨鹽霧老化時間的變化

圖4是PET薄膜的斷裂伸長率隨鹽霧老化試驗時間的變化曲線圖。如圖所示,PET薄膜的斷裂伸長率隨著鹽霧老化試驗時間的增加而逐漸減小。結合以上分析可知,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更為明顯,降解對PET薄膜斷裂伸長率的降低起到主導作用。

3 結論

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

(2)鹽霧老化試驗過程中,PET薄膜的拉伸強度和斷裂伸長率隨著鹽霧老化試驗時間的增加而降低,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,張增明,等.不同老化模式對光伏背板中PET結晶度的影響[J].合成材料老化與應用,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

北京石油化工學院研究生創新項目(16033981001/030)資助

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

TQ 361.10