从分子结构上为你解析PET的结构与性能

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聚对苯二甲酸乙二醇酯 化学式为-OCH2-CH2OCOC6H4CO- 英文名: polyethylene terephthalate,简称PET,PET 是乳白色或浅黄色、高度结晶的聚合物,表面平滑有光泽。

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℃,电绝缘性优良,甚至在高温高频下,其电性能仍较好,但耐电晕性较差,抗蠕变性,耐疲劳性,耐摩擦性、尺寸稳定性都很好。回复“PET”,查询更多相关文章


PET的性能与结构分析


从分子结构上为你解析PET的结构与性能

图:PET分子结构


1.PET的分子结构

(1)为什么PET“刚中带柔”

答:PET分子主链中含有柔顺性的亚甲基刚性的苯环和极性的酯基,同时酯基和苯环之间形成共轭体系,使得PET大分子刚性强。

(2)为什么PET具有“高熔点、高强度”?

答:PET是饱和线形大分子,分子主链上没有支链,结构对称,满足紧密堆砌的要求,因此易于取向和结晶,导致PET具有高熔点、高强度

注:分子量和特性粘度是聚酯的重要结构参数,两者之间呈线性关系。

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图:PET哑银标签纸(因为:PET具有较好硬脆性,可以耐一定的高温,抵御恶劣的环境,防酸碱)


2.PET的性能

PET分子的高度几何规整性和刚性部分使聚合物具有优良的综合性能,如高强度、高刚性,优良的尺寸稳定性、耐化学药品性、耐热性、热稳定性、电绝缘性、耐磨性和耐疲劳性,同时吸水率低,收缩率波动小。回复“PET”,查询更多相关文章

⑴ 为什么PET良好的力学性能?

答:PET分子中存在苯环和酯基,刚性的苯环阻碍分子链自由旋转,且与极性酯基形成大共轭体系,增大分子链刚性,使PET具有较高的拉伸强度、刚度和硬度,良好的耐磨性、耐蠕变性。并可在较宽的温度范围内保持这种良好的力学性能。韧性突出,是最强韧的热塑性塑料之一。PET可取向,取向的PET在力学性能方面发生明显变化,主要表现为横向和纵向的差异。

⑵ PET的热学性能如何?

答:PET树脂的Tg:67~80℃,Tm:225~265℃(与结晶度有关),一般为249℃,高结晶度的PET熔点可达271℃,长期使用温度为120℃。脆化温度为−70℃,所以−40℃时PET仍具有韧性。

PET热稳定性较好,但因其含有极性的羰基和酯基,它们具有亲水性,能够吸收空气中的水分,因此,在水存在下高温时极易降解使其分子量下降,粘度降低。

⑶ PET的电学性能如何

PET虽然是极性聚合物,但分子结构的对称性和几何规整性,使它在干燥条件下具有良好的电绝缘性,因而常作绝缘材料。原因:其Tg高于室温,室温下酯基处于不活动状态,分子偶极定向受到极大限制。

⑷PET 光学性能如何?

答:PET光学性能优良。虽然高度结晶,但是用水冷却PET的熔体,双向拉伸后,可得到完全无定形的PET,透光率高达90%。

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图:PET塑料瓶

(5)结晶性能是决定PET众多性能重要因素

PET化学结构的规整性和对称性好,分子中没有支链,分子间作用力适中,因此可以结晶,因加工条件不同而呈现较大差异。

PET分子中刚性极性基团的存在使得其结晶速度比PE、PP慢得多,只有在80℃以上才能结晶,最高结晶温度为182℃,一般条件下形成球晶。

PET的晶体结构属三斜晶系,大分子采取反式构象。在温度高于80℃时,才发生顺式构象向反式构象的转变,即

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晶体中的分子链排列紧密是由于一个分子中的突出部分恰好嵌入到另一个分子的凹陷部分。PET的结晶度在40~60%之间,属高结晶性热塑性树脂。结晶结构和结晶度对其力学、气体阻隔、光学和加工等性能均有明显影响。取向可改变PET的结构,因此也明显改变PET的力学、热学和光学等性能。

那么,如何改变PET结晶性能?

答:由于PET的结晶温度高、结晶速度慢,所以一般会在其中加入成核剂和结晶化促进剂。下面就介绍PET的一些成核剂和结晶化促进剂

表1:PET成核剂

炭黑、石墨、锌粉、铝粉

金属氧化物

ZnOMgOAl2O3Fe3O4

粘土类

滑石、粘土、叶腊石

无机盐类

碳酸盐(Na2CO3MgCO3等)、硅酸盐(CaSiO3MgSiO3等)、硫酸盐(CaSO4RaSO4等)、碳酸盐[Ca3(PO4) 2]

有机酸盐类

一元羧酸的NaLiBaMgCa盐,安息香酸的NaKCa盐,芳香族羟基磺酸金属盐,有机磷化合物的MgZn

高分子物质

离子键聚合物,聚酯低聚物的碱金属盐类,全芳香族聚酯的微粉末,PTFE粉末及高熔点PET

表2:PET结晶化促进剂

低分子化合物

酮类(二苯甲酮)、卤代烃类(四氯乙烷)、酯类(聚戊二醇二苯甲酸酯、三苯基磷酸酯、邻苯二甲酸酯、酰胺酯、亚胺酯)、酰胺(N置换芳香酰胺、N置换三烯烃磺胺)

高分子化合物

聚酯(聚己内酯及其封端化合物)、聚乙二醇(聚乙二醇、聚丙二醇及其封端化合物)、聚烯烃(脂环式羧酸改性聚烯烃)、聚酰胺(尼龙66)

⑹PET的 化学性能如何?

答:耐化学药品性能较好。主要表现在耐油性、耐有机溶剂和耐酸性,有一定的耐碱性;与浓酸或强碱会发生作用;对有机溶剂如丙酮、苯、甲苯、三氯乙烷、四氯化碳等在室温下无明显作用;对一些酚类(如苯酚、邻氯苯酚)及一些混合溶剂(如苯/氯苯、苯酚/三氯甲烷等)在室温下可溶胀,提高温度(70~100℃)能溶解。回复“PET”,查询更多相关文章

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图:PET板材(力学性能优良和韧性极其出色)

⑺耐老化性能

PET分子中有酯基,因此不耐热水或蒸汽。

⑻气体阻隔性(O2)

有非常好的气体阻隔性,因此可作为食品包装材料。

⑼吸水性

PET分子中存在极性基团酯基,具有一定的吸水性和水解性,但与其它酯类树脂相比,吸水性较低。回复“PET”,查询更多相关文章

⑽加工性能

PET熔融温度较高,熔体粘度也较高。PET熔体为假塑性流体,熔体粘度对温度的敏感性较小,但对剪切速率的敏感性较大,因此通过调节剪切速率降低熔体粘度比调节温度有效

注:假塑性流体是指无屈服应力,并具有粘度随剪切速率增加而减小的流体,其本构方程为r=nD(n<1),r是剪切应力,η是粘度的度量,D是剪切应变速率。


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作者 ab