Several isotropic engineering plastics were in-situ reinforced with a commercially available thermotropic liquid crystalline polymer(LCP), Vectra. Binary and ternary LCP blend systems were investigated in terms of thermal, rheological and physical properties, crystallization kinetics, and phase morphology. The effect of a third component on the mechanical performance of in-situ composites was discussed as well.
An incorporation of Vectra A-950 reduced Tg of both polyarylate(PAR) and polysulfone(PSF), and had a profound influence on the rheological properties. Particularly in the vicinity of crystal-nematic transition temperature, LCP increased the melt viscosity and produced non-zero yield stress. However, it decreased the melt viscosity of matrix resin above the crystal-nematic transition temperature, acting as a processing aid.
The tensile strengths of the PAR/LCP blend fibers were increased with increasing spin draw ratio and LCP content. Spinning temperature had a profound influence on the tensile strength; increasing the spinning temperaturefrom 300 to 340℃ notably decreased the tensile strength of the blendfiber. With PAR/LCP blend fiber spun at 300℃ an abrupt reduction in tensile strength was observed at the blend ratio 50/50. Incorporating a third component, a multiblock copolyesterether, however, substantially improved the tensile strength at this particular composition, preferably at the usage level ca. 2 phr. SEM studies of fractured surface of PAR/LCP fiber revealed that blockcoploymer improved interfacial adhesion and lead to more homogenuous mixing. Tensile strength and modulus of as-spun PSF/LCP blend fibers were increased as LCP content and spin draw ratio were increased, which was more prominent with LCP rich blend. The compositional moduli of as-spun blend fiber were well fitted to the additivity rule of mixture. The wide angle X-ray diffraction patterns attributed the increased tensile strength to the enhanced molecular orientation and promoted fibrillation of LCP.
Incorporation of Vectra B950 didn't change thermal transition of poly (p-phenylene sulfide)(PPS), indicating an incompatibility in all compositions examined. However, with increasing the LCP content the melt crystallization peak during the cooling scan shifted to the higher temperature suggesting that LCP acted as a nucleating agent. With increasing the LCP content, the supercooling required for PPS crystallization, the half time of crystallization and the size of spherulite were decreased. Further, PPS containing LCP exhibited a higher nucleation density than the pure PPS. Inclusion of LCP resulted in a notable reduction of Avrami exponent of PPS, particularly in the nonisothermal crystallization process.
In the range of LCP contents, 25 to 50%, LCP deteriorated the physical properties of PPS/LCP blend; the tensile strength was decreased with increasing the LCP content. SEM photomicrographs revealed that LCP component was embedded as droplet domains as a result of phase separation. However, addition of third component, polysulfone, improved the physical properties of the blend by increasing the aspect ratio of dispersed LCP droplets and enhanceing the interfacial adhesion.
등방성 엔지니어링 플라스틱과 열방성 액정 고분자(LCP)인 벡트라 용융혼합하여 인시츄 콤포지트를 제조하였다. 액정 고분자가 함유된 이성분계와 삼성분계 블렌드의 열적인 거동, 유성학적 성질, 물성과 결정화속도 및 형태학간의 관계를 규명하고 제 3의 성분이 인시츄 콤포지트의 물성에 미치는 영향을 조사하였다.
열분석 결과 열방성 폴리에스테르인 Vectra A950의 함량이 증가함에 따라 Polyarylate(PAR)와 Polysulfone(PSF)의 Tg가 감소하였고 유성학적 성질의 측정결과 결정-액정 전이 온도에서는 액정고분자에 의한 PAR와 PSF의 용융점도 및 항복응력이 크게 증가하였으나 이 온도이상에서는 용융점도와 항복응력값이 감소함을 관찰할 수 있었다. 이것은 액정고분자가 PAR과 PSF의 가공조제 역할을 할 수 있음을 나타내고 있다.
PAR/LCP계의 인장강도는 연신비와 액정함량이 증가함에 따라 증가하였고, 연신온도의 영향을 받아 연신온도가 300℃에서 340℃로 상승함에 따라 인장강도는 감소하였다. 특히 인장강도의 극소치를 보이는 비상용성의 PAR/LCP(50/50)계 (300℃ 연신온도)에 제 3의 성분으로 작용하는 에스테르-에테르계의 다중블록 공중합체를 2 phr 정도 첨가했을 때 물성의 증가가 뚜렸하였다. 파단면의 형태학적 고찰로 부터 비상용성 PAR/LCP계는 블록공중합체의 첨가에 의해 계면 접착력의 향상과 균일한 혼합을 관측할 수 있었다.
한편, PSF/LCP 블렌드계의 인장강도와 탄성율은 액정함량과 연신비가 증가함에 따라 증가하였고 특히 LCP함량이 큰 블렌드계에서 그 영향이 더욱 뚜렸하였다. 조성에 대한 인장탄성률은 대체로 혼합법칙을 잘 따르고 있었다. WAXD로부터 인장 강도의 증가는 액정고분자의 섬유화와 분자배향에 의한 것임을 확인할 수 있었다.
열방성 폴리에스테르아마이드인 Vectra B950을 Poly(phenylene-sulfide)(PPS) 에 첨가했을때 열적인 변화가 없는 것으로부터 이 계가 비상용계임을 알 수 있었고 냉각시의 용융결정화온도의 증가현상으로부터 LCP가 PPS의 기핵제로 작용한 것을 확인할 수 있었다. 액정함량이 증가함에 따라 PPS의 결정화에 필요한 과냉각정도, 결정화 반감시간과 핵의 크기가 감소하였다. 또한 LCP에 의해 기핵된 PPS가 순수 PPS수지보다 기핵밀도가 크게 나타났다. PPS/LCP 블렌드계의 Avrami지수는 비등온 과정에서 특히 그 값이 작았다.
상분리가 일어나는 PPS/LCP계의 인장강도는 LCP함량이 25-50%에 이를때까지 감소하였는데 이것은 SEM 분석결과 기지수지 내에 LCP가 섬유상을 형성하지 못하고 원형의 분산상을 이루었기 때문이다. 비상용성의 PPS/LCP, 2 성분계에 제 3의 성분으로 점도가 큰 고무상의 PSF을 첨가함으로써 액정 domain의 변형증가에 의한 aspect ratio와 계면접착력을 크게 증진시킴으로써 물성의 향상을 기할수 있었다.
