邵禹通，沈曉潔，盧 軍

（南京聚隆科技股份有限公司，江蘇 南京 210032）

聚對(duì)苯二甲酸丁二酯（PBT）具有良好的加工性、耐化學(xué)藥品腐蝕性和絕緣性能，在電子電器、汽車工業(yè)和通訊設(shè)備等領(lǐng)域廣泛使用［1-3］。PBT的力學(xué)性能和加工性能受結(jié)晶性能影響較大，改善其結(jié)晶行為對(duì)聚合物的成型加工意義重大［4］。成核劑能夠改變部分結(jié)晶行為，提高制品透明度、剛性、表面光澤度和負(fù)荷變形溫度，縮短制品成型周期，提高制品加工和應(yīng)用性能［4-5］。本工作采用納米改性凹土棒作為成核劑，研究其對(duì)PBT結(jié)晶行為和性能的影響。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要原料

PBT 1100-211M，市售；納米改性凹土棒M1500，長(zhǎng)徑比為30～50，中值粒徑為5 μm，江蘇圣一納米科技有限公司。

1.2 主要儀器與設(shè)備

CTE-40型同向雙螺桿擠出機(jī)，長(zhǎng)徑比為42∶1，南京科亞-科倍隆機(jī)械有限公司；EM150型注塑機(jī)，香港震雄工業(yè)有限公司；ZBC1400-1型懸臂梁沖擊試驗(yàn)機(jī)，深圳新三思材料檢測(cè)有限公司；ETM501B型萬能電子試驗(yàn)機(jī)，深圳萬測(cè)實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司；DSC 200 F3型差示掃描量熱儀，德國(guó)耐馳儀器制造有限公司；40-197-100型維卡熱變形測(cè)試儀，德國(guó)Coesfeld公司；TGA 5500型熱失重分析儀，美國(guó)TA儀器公司。

1.3 試樣制備

將質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0.25%，0.50%，1.00%的納米改性凹土棒與PBT混合，所得試樣記作試樣1～試樣3，然后通過雙螺桿擠出機(jī)進(jìn)行擠出切粒，注塑成標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試樣條。

1.4 測(cè)試與表征

彎曲性能按GB/T 9341—2008測(cè)試，測(cè)試速度2 mm/min。懸臂梁無缺口沖擊強(qiáng)度按GB/T 1843—2008測(cè)試。負(fù)荷變形溫度按GB/T 1634.1—2004測(cè)試，載荷1.8 MPa。

結(jié)晶性能：N2氛圍，先以20 ℃/min升至250 ℃，恒溫2 min以消除熱歷史，然后以20 ℃/min從250 ℃降至30 ℃，最后以20 ℃/min從30 ℃升至250 ℃，記錄結(jié)晶和熔融曲線。

廣角X射線衍射（WAXD）分析：采用日本Rigaku公司的D/MAX-RB型X射線衍射儀，銅靶，X射線，電壓40 V，電流100 mA，衍射角（2θ）10°～50°，掃描速率4（°）/min。

熱重分析：稱取10～15 mg試樣，N2氛圍，溫度為30～650 ℃。

2 結(jié)果與討論

2.1 納米改性凹土棒對(duì)PBT結(jié)晶性能的影響

從圖1可以看出：隨著納米改性凹土棒用量的增加，改性PBT的結(jié)晶溫度不斷升高，當(dāng)納米改性凹土棒質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.00%時(shí)，改性PBT（即試樣3）的結(jié)晶溫度（tmc）由純PBT的194.2 ℃提高到198.1 ℃，提高了3.9 ℃。這說明納米改性凹土棒的加入使PBT在較高溫度條件下就能結(jié)晶，縮短了結(jié)晶周期，對(duì)于PBT的成型加工有很好的應(yīng)用價(jià)值。從圖1還可以看出：隨著納米改性凹土棒用量的增加，改性PBT的半結(jié)晶時(shí)間逐漸縮短，說明納米改性凹土棒具有成核作用，可以促進(jìn)PBT的結(jié)晶［6-9］

從表1可看出：PBT的結(jié)晶度不高，且納米改性凹土棒的加入對(duì)PBT的結(jié)晶度幾乎沒有影響。

結(jié)晶聚合物的力學(xué)性能與其結(jié)晶度和晶體形貌密切相關(guān)，從圖2可以看出：PBT的衍射峰主要分布在2θ為15°～35°，隨著納米改性凹土棒含量的增加，改性PBT的衍射峰位置并未發(fā)生變化，說明納米改性凹土棒沒有改變PBT的晶型［10］；隨著納米改性凹土棒含量增多，結(jié)晶衍射峰逐漸變強(qiáng)，半峰寬逐漸變窄，表明其結(jié)晶速率越來越快。

2.2 納米改性凹土棒對(duì)PBT力學(xué)性能的影響

從圖3可以看出：隨著納米改性凹土棒含量的增加，彎曲模量升高，無缺口沖擊強(qiáng)度降低。納米改性凹土棒質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.00%時(shí)，彎曲模量從純PBT的2900 MPa提高到3130 MPa，無缺口沖擊強(qiáng)度從純PBT的140 kJ/m2降低到97 kJ/m2。在納米改性凹土棒的成核作用下，分子鏈排列更加緊密，孔隙率降低，分子間相互作用力增加，鏈段運(yùn)動(dòng)變得困難，從而導(dǎo)致材料彎曲模量提高；同時(shí)也是因?yàn)榉肿渔溸\(yùn)動(dòng)困難，當(dāng)受到外力沖擊時(shí)分子鏈沒有活動(dòng)的余地，沖擊強(qiáng)度降低。

圖3 納米改性凹土棒用量對(duì)PBT力學(xué)性能的影響Fig.3 Mechanical properties of PBT with different contents of nano-attapulgite

2.3 納米改性凹土棒用量對(duì)PBT熱性能的影響

從圖4可以看出：隨著納米改性凹土棒含量的增加，PBT的負(fù)荷變形溫度升高。納米改性凹土棒質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.00%時(shí)，負(fù)荷變形溫度由純PBT的59.3 ℃提高到67.0 ℃，提高了7.7 ℃，大幅改善了PBT的使用溫度范圍，負(fù)荷變形溫度的提高，也充分說明納米改性凹土棒的成核作用，使聚合物結(jié)晶更完全，晶體結(jié)構(gòu)更加致密［9］。從圖4還可以看出：隨著納米改性凹土棒用量的增加，改性PBT的起始分解溫度都朝著低溫方向移動(dòng)，當(dāng)納米改性凹土棒質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.50%以上時(shí)，起始分解溫度的降低更為明顯。起始分解溫度的降低，說明納米改性凹土棒的加入對(duì)PBT的熱穩(wěn)定性有負(fù)向作用，這是因?yàn)榧{米改性凹土棒表面為多孔結(jié)構(gòu)，具有吸附性，小分子物質(zhì)容易殘留在其表面，小分子的存在使PBT熱穩(wěn)定性降低，導(dǎo)致起始分解溫度降低。

圖4 PBT與改性PBT的負(fù)荷變形溫度和熱重曲線Fig.4 Heat deflection temperature and TGA curves of PBT and modified-PBT

3 結(jié)論

a）添加納米改性凹土棒提高了PBT的結(jié)晶溫度，加快了PBT的結(jié)晶速率，并大幅提高了PBT的負(fù)荷變形溫度。

b）納米改性凹土棒的加入，提高了PBT的彎曲模量，懸臂梁無缺口沖擊強(qiáng)度呈下降趨勢(shì)。

c）改性PBT的起始分解溫度隨著納米改性凹土棒含量的增加逐漸降低。