基于EVOH聚合物共混材料流变特性与力学性能相关性研究

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随着材料科学的快速发展,聚合物共混材料已成为高分子研究领域中最为活跃的对象之一。大多数聚合物共混材料是热力学不相容体系,易产生相分离,而在聚合物分子间引入氢键相互作用可以提高其相容性。流变学研究可以反映聚合物微观结构方面的信息,还可以提供必要的加工成型参数,因此在结构与性能关系的研究中有必要关注共混材料的流变特性。探索含氢键聚合物共混材料结构、性能及流变特性,不仅对含氢键聚合物共混材料凝聚态结构与性能的调控有指导意义,还可为材料的配方设计和成型加工工艺的优化开辟新的思路。  乙烯-乙烯醇共聚物(EVOH或EVAL)是一种具有高气体阻隔性能的新型高分子合成材料,被广泛用作包装材料。与聚乙烯醇(PVA)不同,EVOH树脂采用传统的聚烯烃加工设备即能进行热成型加工。近年来,文献中报道了其他高分子材料对EVOH改性的研究工作。但EVOH本身韧性较差,影响了它在某些领域的应用,因此需要对其进行增韧改性研究。  本文通过熔融共混的方法制备了EVOH/PBS和EVOH/TPU两类共混材料,并借助傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)、差示扫描量热仪(DSC)、扫描电子显微镜(SEM)、动态热机械分析仪(DMA)、万能材料试验机和旋转流变仪等分析测试手段对共混材料的结构和性能进行了研究:  (1)利用FTIR对共混材料进行了表征,借助高斯函数和分峰软件计算出了羰基的氢键比例。分析表明,EVOH/PBS和EVOH/TPU两类共混材料中存在弱的分子间氢键相互作用。  (2)分别考察了PBS和TPU含量对共混材料力学性能的影响。测试结果表明,随着PBS(或TPU)含量的增加,共混材料的拉伸强度、弯曲强度和弯曲模量下降;随着PBS含量的增加,共混材料的缺口冲击强度呈现先上升后下降的趋势,最高能达到EVOH的3倍左右;随着TPU含量的增加,共混材料的缺口冲击强度显著增大。此外,EVOH中乙烯醇含量对两种共混材料的力学性能有一定的影响。  (3)研究了EVOH/PBS和EVOH/TPU两类共混材料的流变行为。随着PBS和TPU含量的增加,两类共混材料在低频区的G均出现“第二平台”特征;Han图表明EVOH/PBS共混材料存在温度依赖性;Palierne模型仅适合描述较低PBS含量的H171B/PBS共混体系的线性黏弹行为;190℃下,H1、H2、H3中两相间的界面张力约为0.72、0.1、0.29mN/m;随着TPU的加入,EVOH/TPU共混材料松弛时间变长,出现了新的松弛机理。  (4)SEM表征显示,随着PBS和TPU的加入,共混材料由“海-岛”结构逐渐变为双相共连续相结构;DMA分析结果表明,两类共混材料的相容性差,仅为部分相容体系。  (5)根据“内耗与频率无关性”原理,确定了共混材料的凝胶点。EVOH/PBS和EVOH/TPU两类共混材料在凝胶点处呈现最高的缺口冲击强度,其流变特性与力学性能之间具有一定的对应关系。
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