体积拉伸流场下PEEK/TLCP共混物的制备及性能研究

doi:10.19491/j.issn.1001-9278.2023.08.001

中国塑料 ›› 2023, Vol. 37 ›› Issue (8): 1-7.DOI: 10.19491/j.issn.1001-9278.2023.08.001

• 材料与性能 •

体积拉伸流场下PEEK/TLCP共混物的制备及性能研究

任国振(), 王蒙蒙, 黄建建, 晋刚()

华南理工大学机械与汽车工程学院，聚合物新型成型装备国家工程研究中心，聚合物成型加工工程教育部重点实验室，广东省高分子先进制造技术及装备重点实验室，广州 510640

收稿日期:2023-02-28 出版日期:2023-08-26 发布日期:2023-08-21
通讯作者: 晋刚（1971—），男，教授，从事聚合物加工流变学、高分子材料智能制造技术及装备研究与开发，pmrdd@scut.edu.cn
E-mail:18576723107@163.com;pmrdd@scut.edu.cn
作者简介:任国振（1995—），男，硕士研究生，从事聚合物改性与成型加工研究，18576723107@163.com
基金资助:
国家重点研发计划：高性能热致液晶聚合物产业化关键技术(2017YFB0307603)

Study on preparation and properties of PEEK/TLCP blends under volume elongation flow field

REN Guozhen(), WANG Mengmeng, HUANG Jianjian, JIN Gang()

Guangdong Provincial Key Laboratory of Technique and Equipment for Macromolecular Advanced Manufacturing，Key Laboratory of Polymer Processing Engineering of Ministry of Education，National Engineering Research Center of Novel Equipment for Polymer Processing，School of Mechanical and Automotive Engineering，South China University of Technology，Guangzhou 510640，China

Received:2023-02-28 Online:2023-08-26 Published:2023-08-21
Contact: JIN Gang E-mail:18576723107@163.com;pmrdd@scut.edu.cn

摘要/Abstract

摘要：

聚醚醚酮（PEEK）具有优异的性能而广泛应用于高端装备领域，但PEEK熔体加工窗口较狭窄，可加工性差。热致液晶聚合物（TLCP）是一种具有优异的加工流动性和尺寸稳定性以及能原位成纤起到自增强作用的液晶聚合物。本文采用体积拉伸流场作用为主导的偏心转子挤出机制备了不同TLCP含量的PEEK/TLCP共混物，研究了拉伸流场下的PEEK/TLCP共混物的流变性能、微观形貌、热性能及结晶性能。结果表明，在拉伸流场的作用下，TLCP的加入能有效拓宽PEEK的加工区间，使得体系低剪切速率下体系黏度降低了14.43 %，高剪切速率下体系黏度降低了80.68 %。在拉伸流场作用下，TLCP可以在较宽含量范围内在PEEK中基体中形成与挤出方向一致的纤维结构，低含量下的TLCP可以促进PEEK基体结晶。10 %（质量分数，下同）含量TLCP的PEEK/TLCP共混物的最大拉伸强度比PEEK基体增加了4.6 %，达86.60 MPa。

关键词: 热致液晶聚合物, 聚醚醚酮, 体积拉伸流场, 原位微纤化, 共混改性

Abstract:

Poly（ether ether ketone）（PEEK） has excellent performance and has been widely used in the high⁃end equipment field； however， the processing window of the PEEK melt is narrow and its processability is poor. Thermotropic liquid crystal polymer （TLCP） is a liquid crystal polymer with excellent dimensional stability， good processing fluidity， and a unique in⁃situ fiber self⁃reinforcing effect. In this study， PEEK/TLCP blends with different contents of TLCP were prepared by mean of an eccentric rotor extrusion mechanism dominated by a volume tensile flow field. The rheological properties， micromorphology， thermal properties and crystallization properties of PEEK/TLCP blends were studied under a tensile flow field. The results indicated that the addition of TLCP effectively broadened the processing range of PEEK under the tensile flow field. This resulted in a decrease in the viscosity of the system by 14.43 % at a low shear rate and by 80.68 % at a high shear rate. Owing to the action of tensile flow field， TLCP formed a fiber structure along the extrusion direction in the PEEK matrix over a wide range of content， and it also could promote the crystallization of the PEEK matrix at a low content. The blend containing 10 wt% TLCP obtained maximum tensile strength of 86.60 MPa， which was 4.6 % higher than that of the PEEK matrix.

Key words: thermotropic liquid crystal polymer, poly（ether?ether?ketone）, volume elongation flow field, in?situ microfibrilation, blending modification

中图分类号:

TQ325

任国振, 王蒙蒙, 黄建建, 晋刚. 体积拉伸流场下PEEK/TLCP共混物的制备及性能研究[J]. 中国塑料, 2023, 37(8): 1-7.

REN Guozhen, WANG Mengmeng, HUANG Jianjian, JIN Gang. Study on preparation and properties of PEEK/TLCP blends under volume elongation flow field[J]. China Plastics, 2023, 37(8): 1-7.

图/表 9

图1 30型偏心转子挤出机及其挤压系统示意图

Fig.1 Schematic diagram of type 30 eccentric rotor extruder and its extrusion system

图2 不同含量TLCP的PEEK/TLCP共混物的毛细管流变曲线

Fig.2 Capillary rheological curves of PEEK/TLCP blends with different TLCP contents

图3 不同TLCP含量的PEEK/TLCP共混物沿流动方向的脆断面

Fig.3 Fracture surfaces of PEEK/TLCP composite with different TLCP contents parallel to the flow direction

TLCP 含量/%	共混物中TLCP 的最大热分解温度/℃	共混物中 PEEK的最大热分解温度/℃	共混物热失重5 %对应的温度/℃	共混物热失重的残余质量分数/%	第一次升温时共混物中PEEK的玻璃化转变温度/℃	共混物中 PEEK的熔点/℃	降温时共混物中 PEEK的结晶温度/℃	共混物中 PEEK的结晶度/℃
0	—	590.9	572.2	50.04	155.6	340.5	280.9	29.22
10	537.7	581.5	534.5	49.58	156.7	342.2	292.2	27.04
20	534.5	573.8	525.3	48.87	163.3	344.4	291.4	31.22
30	534.9	567.5	522.2	47.95	169.2	344.6	291.6	30.16
40	536.1	562.7	522.9	47.48	162.7	342.3	291.9	41.31
50	533.9	—	517.8	46.58	156.8	339.0	289.4	29.83

表1 偏心转子挤出制备的PEEK/TLCP共混物的热性能

Tab.1 Thermal performance of PEEK/TLCP blends prepared by eccentric rotor extrusion

图4 不同TLCP含量的PEEK/TLCP共混物的TG和DTG曲线

Fig.4 TG and DTG curves of PEEK/TLCP blends with different TLCP contents

图5 不同TLCP含量的PEEK/TLCP共混物的DSC曲线

Fig.5 DSC curves of PEEK/TLCP blends with different TLCP contents

图6 不同TLCP含量的PEEK/TLCP共混物的XRD谱图

Fig.6 XRD patterns of PEEK/TLCP blends with different TLCP contents

图7 不同TLCP含量的PEEK/TLCP共混物的应力⁃应变曲线

Fig.7 Stress⁃strain curves of PEEK/TLCP blends with different TLCP contents

共混物	最大拉伸强度/MPa	模量/MPa	断裂伸长率/%
PEEK	82.85	1 433.48	10.57
PEEK/TLCP 90/10	86.62	1 487.20	6.35
PEEK/TLCP 80/20	66.37	1 536.78	4.78
PEEK/TLCP 70/30	35.76	1 323.15	2.84
PEEK/TLCP 60/40	18.91	1 158.80	1.82
PEEK/TLCP 50/50	9.05	679.40	1.61

表2 偏心转子挤出制备的PEEK/TLCP共混物的力学性能

Tab.2 Mechanical properties of PEEK/TLCP blends prepared by eccentric rotor extrusion

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