聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜的湿热和盐雾稳定性研究*

王 飞,王浩江,李维义,雷祖碧

(广州合成材料研究院有限公司,广东广州 510665)

聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜的湿热和盐雾稳定性研究*

王 飞,王浩江,李维义,雷祖碧

(广州合成材料研究院有限公司,广东广州 510665)

研究了湿热老化和盐雾老化对聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)薄膜拉伸性能的影响。结果表明,随着湿热老化试验时间的增加,PET薄膜的拉伸强度呈现先增大后减小的趋势,断裂伸长率则呈现先减小、然后增大、再减小的趋势；而随着盐雾试验时间的增加,PET薄膜的拉伸强度和断裂伸长率均逐渐减小。

聚对苯二甲酸乙二醇酯,盐雾,湿热,老化

聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)是热塑性聚酯家族中的重要品种之一,具有优良的电绝缘性、抗蠕变性、耐疲劳性、耐摩擦性和尺寸稳定性,在较宽的温度范围内具有优良的物理机械性能,长期使用温度可达120℃,并以纤维(涤纶)、薄膜和工程塑料等产品形式而得到广泛应用。其中,PET薄膜是一种性能比较全面的包装薄膜,其机械性能优良,其强韧性是所有热塑性塑料中最好的,抗张强度和抗冲击强度比一般薄膜高得多,同时具有挺力好、尺寸稳定、透明性好、有光泽、气密性和保香性良好等诸多优点。随着特种功能薄膜的开发,PET薄膜新的用途也不断出现,可以生产成高光亮膜、转移膜、反光膜、化学涂布膜、抗静电膜、热封膜、热收缩膜等功能性薄膜而应用于包装、印刷等行业。但由于PET大分子主链中含有大量的亲水性酯键,在强酸、强碱和水蒸汽作用下易发生降解,特别是在热的作用下,降解会明显加快,并最终导致其物理机械性能急剧下降[1-3]。

因此,本文以PET薄膜为研究对象,研究了其在湿热老化和盐雾老化试验条件下的稳定性,主要考察了湿热和盐雾老化对其拉伸性能的影响。

1 实验部分

1.1 主要原料

PET薄膜,市售。

1.2 设备及测试仪器

SO-500-2型盐雾试验箱,日本板桥理化株式会社；BE-TH-80M8型可程式恒温恒湿试验箱,东莞贝尔试验设备有限公司；AG-IC 20KN型电子拉力机,日本岛津。

1.3 试样制备

将PET薄膜按照国家标准裁成规格为150mm×10mm×0.032mm的拉伸样条,然后进行湿热和盐雾老化试验和测试。

1.4 测试与表征

2 结果与讨论

2.1 湿热老化对PET薄膜拉伸性能的影响

图1为PET薄膜的拉伸强度随湿热老化时间的变化曲线图。由图1可知,随着湿热老化时间的增加,PET薄膜的拉伸强度呈现先增大后减小的趋势。这是因为PET薄膜采用双向拉伸方法制备时,PET大分子链在纵向和横向都发生了取向,在冷却定型工序后,这种不平衡的构象被“冻结”,但会留有残余应力。在湿热老化过程中,由于PET大分子链中含有大量的亲水性酯键基团,PET分子链吸水而发生增塑作用,同时在热的作用下,PET的大分子链运动加剧,不仅使得之前的残余应力得以释放,也使得PET大分子链得以更有序地排列,从而使得结晶度提高[4],造成PET薄膜的拉伸强度增大。由于在老化初期,吸水量有限,拉伸强度的升高主要是结晶作用所致,而随着湿热老化时间的延长,PET分子链吸收的水分也随之增多,水增塑的作用逐渐强过结晶的作用,PET的拉伸强度也随之降低。

图1 PET薄膜的拉伸强度随湿热老化时间的变化

图2为PET薄膜的断裂伸长率随湿热老化时间的变化曲线图。由图可知,随着湿热老化时间的增加,PET薄膜的断裂伸长率呈现先减小、然后增大、再减小的变化。这是因为,在湿热老化初期,PET在热的作用下发生的结晶度的提高导致材料的韧性下降,而随着湿热老化试验时间的增加,PET吸收的水分逐渐增加,水对PET的增塑作用也随之增强,PET薄膜的韧性也逐渐增大,但当湿热老化时间达到1000h后,断裂伸长率显著下降,这是因为PET大分子链在水和热的共同作用下发生降解,导致材料的拉伸性能发生急剧下降,在湿热老化试验的不同时间段,水分和热对PET拉伸性能的影响是由三种不同机理所主导,即结晶度、水增塑和水解[3,5]。

图2 PET薄膜的断裂伸长率随湿热老化时间的变化

2.2 盐雾老化对PET薄膜拉伸性能的影响

PET薄膜的拉伸强度随盐雾老化试验时间的变化如图3所示。由图可知,随着盐雾老化时间的增加,PET薄膜的拉伸强度逐渐降低。这可能是因为在盐雾老化试验中,除了PET吸水引起的水增塑作用而导致材料拉伸强度下降之外,PET分子主链中的酯键在水的作用下发生水解,而氯化钠溶液中的钠离子与PET水解生产的—COO-基团结合生成—COONa,这种盐的侵蚀作用加快了PET大分子链的断裂而造成降解,从而造成拉伸强度的快速下降。

图3 PET薄膜的拉伸强度随盐雾老化时间的变化

图4 PET薄膜的断裂伸长率随盐雾老化时间的变化

图4是PET薄膜的断裂伸长率随盐雾老化试验时间的变化曲线图。如图所示,PET薄膜的断裂伸长率随着盐雾老化试验时间的增加而逐渐减小。结合以上分析可知,尽管水的增塑作用可使PET薄膜的韧性得到一定程度的提高,但氯化钠溶液引起的PET分子链的断裂降解表现更为明显,降解对PET薄膜断裂伸长率的降低起到主导作用。

3 结论

(1)随着湿热老化试验时间的增加,PET薄膜的拉伸强度呈现先增大后减小的变化,断裂伸长率则呈现先减小、然后增大、再减小的变化,在湿热老化试验的不同时间段,水分和热对PET拉伸性能的影响可能由结晶度、水增塑和水解等不同机理所主导。

(2)盐雾老化试验过程中,PET薄膜的拉伸强度和断裂伸长率随着盐雾老化试验时间的增加而降低,水分造成的水解和氯化钠盐分的侵蚀作用可能是造成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.

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[3] 肖迎红,Anne Bergeret,Marie-Pierre Foulcmp. PET的湿热老化性能研究[J].塑料科技,2001,114(4)：22-24.

[4] 唐景,彭丽霞,张增明,等.不同老化模式对光伏背板中PET结晶度的影响[J].合成材料老化与应用,2011,40(2)：40-46.

[5] 李茜茜,吴常良.光伏背板用PET薄膜湿热老化性能研究[J].太阳能,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

北京石油化工学院研究生创新项目(16033981001/030)资助

杨明山,博士,教授,博士生导师,主要从事聚合物改性和复合材料的研究；E-mail：yangmingshan@bipt.edu.cn

TQ 361.10