1. ◎?玻璃化温度(Tg)
2.
3. 从无定形的玻璃态转变到高弹态(反之亦然)称为玻璃化转变,此时的温度称为玻璃转变温度(Tg)。其反映的是长分子链的运动。增加热量提高了分
子的自由度,凝固在玻璃下的分子变的可以自由活动。玻璃化转变很大程度上取决于PET的聚集形态。当粘度(IV)大或结晶度大时,分子链的活动受
到限制,Tg就高。
4.
5. ◎?结晶温度(Tc)
6.
7. 温度继续升高,具有分子间相互作用的多个分子链进行局部重排,产生了球状结晶。由于PET分子中苯环重排很慢,PET最大的结晶程度约为55%,可
以产生有序的结晶区。
8.
9. ◎?熔融温度(Tm)
10.
11. 在此温度下所有的结晶已被融化。此温度对应于物质的最小有序状态。
12.
13. 1.3应用
14.
15. 由于PET具有优良的物理性能,易于加工,因此应用广泛。不同的应用及相关技术要求特定的粘度等级。粘度不同,分子重量也随之不同。
16.
17. 特性粘度与分子重量相对应。按特性粘度不同PET分为均聚物和共聚物。简言之,均聚物和共聚物有以下区别:均聚物,单一重复单元。共聚物,一般
有二种不同的重复单元。共聚物较均聚物结晶慢,可用于某些特殊方面,如热灌装瓶和多次用瓶。共聚物PET产生的乙醛比较少,所以适用于瓶装矿泉
水。
18.
19. ?2.PET的双轴取向
20.
21. 2.1概述
22.
23. 分子取向是大分子链有序重排的结果,通常在适宜温度下受拉伸力的影响,分子重排有利于提高材料的物理性能。在低温(TG左右)下拉伸和吹气,小
瓶坯在径向和轴向受到拉伸,分子在两个方向上进行取向排列(即双轴取向)。
24.
25. 2.2?PET的双轴取向(半结晶聚合物)
26.
27. 自然条件下,PET半结晶聚合物由结晶区或球晶区随机分布的无定形相组成。在温度略高于玻璃化温度(Tg)时,PET为高弹态,由于拉伸,形成分子
取向。
28.
29. 在PET不同聚集态下,因拉伸不平衡而产生不同的效果;不同效果的混合决定了材料的最终性能。
30.
31. ◎?无定形相
32.
33. 拉伸使大分子或结晶区大分子的二级联结点上的链段产生部分取向,材料变得比较有序。
34.
35. ◎?结晶区
36.
37. 在拉力方向上,拉伸速度促进了结晶的形成。这种结晶具有与球晶的不同的结构特点,是静态的或热稳定的,在相邻分子链拉到一起时形成结晶。并且
对PET而言,相邻分子链的苯环相互吸引排在一起。这种结晶叫做诱导结晶,系拉力引起的结构变化。
38.
39. 无序相和结晶相的混合效果产生了一个有规律的最终结构,直接影响到半结晶聚合物中由于分子的取向而形成的微晶数量。这就要求在为了取向而受拉
伸之前结晶的程度尽可能低。因此PET瓶坯在注射模塑后必须凝固在无定形成状态下。
圆柱形的瓶坯在径向较在轴向更容易拉伸,即径向的固有应变率大于轴向的固有应变率,导致在轴向优先取向,而轴向的取向取决于材料特性粘度。
2.4?PET瓶坯的自调节作用
瓶坯上的应力分布使瓶坯各部分产生正交各向异性的扩展。这种扩展由应力-强化系数决定。在拉伸杆和高压的共同作用下,瓶坯刚刚开始变形时,最薄弱的环节是最热的或壁最薄的地方,从这里最先开始发生变形。当大到了应变强化限度时强度局部增加,因为产生了诱导结晶。一旦变形区域做自调节超过了未变形区域的强度,未变形的区域沿着移动的“气泡边界”开始变形。这种膨胀叫做自调节作用。虽然自调节作用只在达到了应变强化限度时才会发生,但却控制了瓶壁的厚度。
2.5工业上PET瓶坯的双轴取向
如上所述,分子的双轴取向是塑料在特定条件下双轴向受拉伸的结果。在几何上,瓶坯具有特定的双轴向率;瓶坯各部分的温度分布不同。工业上为了生产出具有特定性能的瓶体,必须控制拉伸速度和冷却速率。
◎?材料性能
瓶坯的材料必须是无序的(结晶度低),以保证在双向拉伸时有合适的取向。另外,由于在同等条件下,在临界拉伸极限之前(发生降解前),高粘聚酯比低粘聚酯有较高的各向异性(正交各向异性取向),所以材料的特性粘度必须超过取向的要求值。实际上,特性粘度的选择还应根据瓶的最终用途而定。高粘聚酯(0.80-0.85)有很好的力学性能(蠕变),用于吹制碳酸饮料瓶。对于无气饮料如矿泉水,低粘聚酯(0.70-0.78)就够了。
◎?几何形状
瓶坯的几何形状包含了有PET的IV,瓶的外形和最终用途控制瓶坯的尺寸。实际上,瓶坯是基于双向拉伸率和所需的最终壁厚而选定的。沿二个轴方向达到固有拉伸率,才能得到足够的取向,从而增加材料的力学性能。材料的主要参数包括粘度及其它参数。超过固有应变率会增加内部应力。内部应力倾向于抵消瓶体内部气体压力,是有益的,应该尽量使之增大。另一方面,对于热灌装瓶,为了减小瓶体在冷却时(有负压)变形,内部应力应尽量使之减小。 ◎?温度
半结晶材料的双轴取向的温度条件为:(1)玻璃化温度Tg以上,以得到允许取向的延展性。(2)在结晶化温度以下,以避免妨碍取向的球晶晶核的形成。PET双轴取向的温度范围是90~120℃。对于确定的双向拉伸率,双轴向取向温度主要由最终产品的使用目的确定。对于碳酸饮料瓶,其温度范围是90~100℃,以增加诱导应力。对于热灌装瓶,其温度范围是110~120℃。即达到了固有应变率,诱导力也受到限制。
◎?拉伸速度
拉伸速度必须很快(500~1500㎜/s),以防止拉伸时发生降解取向。 ◎?冷却
拉伸后,当材料冷却到Tg以下时,PET分子重新排列所引起的诱导应力“冻结”在瓶壁里,这对碳酸是有益的。对于热灌瓶,温度必须保持在Tg以上,以维持分子取向,让诱导应力松弛(减小直到消失)。在此期间,产生了额外的静态结晶(25%、30~35%),从而加强了结构。
综上所述,在PET瓶成型的过程中,温度的控制及拉伸、冷却对PET瓶的质量起重要作用。PET瓶的发展方向是不断提高瓶的性能,降低成本,不断扩大应用领域。随着PET瓶技术的发展,对材料及工艺要求更高的PET啤酒瓶已成为近期开发的热点,预示着PET瓶发展史上一个新的里程碑即将到来。