茂金属聚苯弹性体增韧改性聚苯乙烯的研究

茂金属聚苯弹性体增韧改性聚苯乙烯研究

唐卫华! 唐键金日光

（北京化工大学材料科学与工程学院, 北京!"""#$）

本文关键研究了聚苯弹性体（PSE）经过与聚苯乙烯（PS）共混对PS 力学性能影响。结果表明, PSE 树脂与PS能够相容, 且这种相容性随树脂中苯乙烯质量分数提升而增大。PSE 与PS共混能够取得力学性能优异韧性材料。当PSE 在共混合金中质量分数较低时, PSE 树脂以小于微米尺寸呈微区分散于PS 中。PSE添加量达成40%时, PSE 与PS形成了两相连续分布共混合金, 这种合金既含有强度又含有韧性。PSE增韧效果随其苯乙烯质量分数提升而增大, 在苯乙烯质量分数为72%达成最大值。

关键词: 聚苯弹性体（PSE）增韧改性拉伸韧性共混

聚苯弹性体（PSE）树脂经过改变其中苯乙烯质量分数能够成为柔软橡胶类材料, 是PS 有效相容剂［!］。PSE 是一类新型茂金属聚合物, 因为其内在烯烃和苯乙烯官能团, PSE含有与聚烯烃（如PP, PE）、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚苯醚及聚碳酸酯等多个聚合物良好相容性［#］。本文从PSE添加量、苯乙烯质量分数对PS增韧影响, 深入研究了PSE结构与共混合金性能关系, 并对传统PS增韧剂SBS与PSE改性效果进行了比较, 意在为PS 塑料提供更有效增韧改性方法。

1 试验部分

1.1 关键试验原料

聚苯乙烯PS: 666D型, 北京燕山石油化工企业产品, 分子量为200 000, 熔体指数（MI 为10g/10min, MI在190o C及2160g载荷下测定）, 以下同; SBS: Vector6241—D, Dexco Polymers企业产品, 苯乙烯质量分数为43%, 熔体指数为52.0g

/10min; 聚苯弹性体PSE: 进口分装, Mw>200 000, Mw/Mn<3.5,苯乙烯质量分数23%-77% 1.2 试样制备

共混物采取熔融共混工艺经过双螺杆挤出机（SLF-35B）进行加工而制得, 加工温度自加料口到机头为140o C,170o C,190o C,200o C,200o C,200o C,175o C, 螺杆转速80r/min, 挤出物首先经过水浴冷却, 然后用切粒机造粒, 以后于70o C干燥2h。干燥后物料用自制多功效小型混

合器按ASTM-D256标准注射冲击样条, ASTM-D638标准制备拉伸样条。成型样条保留于恒温23±1o C干燥箱中。

1.3 性能测试

冲击性能: 共混物简支梁缺口（Izod）冲击强度及悬臂梁缺口（Charpy）冲击强度按ASTM-D638, 标准在XJ-40A冲击试验机上测量。

拉伸性能: 按ASTM-D638 标准测试共混物拉伸性能, 拉伸速度为50mm/min, 拉伸韧性由拉伸应力-应变曲线面积决定, 取五次拉伸测试平均值进行分析。

微观相态分析: 共混物相态由Hitachi H800透射电镜（TEM）观察, 超薄切片在低温（-50 o C）条件下由切片机从冲击样条上切取。

2 结果与讨论

2.1 弹性体用量对增韧PS 影响

研究了苯乙烯质量分数72%PSE-6对PS增韧作用。静态拉伸试验下PS / PSE 共混物力学性能与弹性体质量分数关系如图1 所表示, PSE-6添加量由10份增加到30份, 合金韧性几乎与基体PS相同, 弹性体增韧作用并不显著; PSE 只有添加40份时才能可观地改善PS韧性。同时合金模量先随弹性体加入而减小, 以后随弹性体质量分数提升而增大, 达成一定峰值后再随弹性体加入而降低。弹性体质量分数为40%共混合金含有很好综协力学性能。观察拉伸过样条断面我们发觉, 添加量小于40%试样呈脆性断裂, 断裂面较平滑, 而添加量为

40%PSE 共混物呈韧性断裂, 其断裂表面非常粗糙, 并带有显著拔出物痕迹, 同时在应力作用全部区域里形成了大量银纹, 其她试样断面仅能形成少许银纹。

经过透射电镜观察PS /PSE -6 =80 / 20 和PS / PSE-6 =60 /40 样品拉伸断裂表面（见图2）, 我们能够看出配比为80/20Y样品断面展现为分散相空洞化, 在宏观力学性能上表现为拉伸性能不高。共混合金内部, PSE以不规则微小颗料分散在PS基体中, 分散相粒径从

0.1-1.0u m, 相界面清楚, 表现为脆性断裂。其原因是分散相粒径过小, 在受到拉伸时不能引发足够银纹去吸收外部能量, 所以表现为宏观力学性能较差。而60/40配比共混合金内部为两相连续微观结构, 不规则弹性体（浅色）颗粒与PS基体（深色）形成了一个互穿网络结构, 且这种结构中还包含很多微细拉伸区域。这种结构对于提升增韧材料韧性非常有益。原因是在受到拉伸时分散相颗粒能够引发足够银纹去吸收外部能量, 本身因剪切屈服而被拉伸, 大大减小了外部作用对基体树脂影响, 共混合金所以表现出较高宏观力学性能。

图3 表示了PSE-6 用量对共混物冲击性能影响。从图3 中能够看出, 弹性体对塑料增韧存在着一个临界含量, 只有超出这个临界含量, 弹性体才能表现出显著增韧作用对于PSE来说, 其临界质量分数为30%左右, 在此质量分数之前, 随弹性体用量增加, 共混合合金缺口Izod及Charpy冲击强度缓慢增加, 但当添加量达成40%以上时, 共混合金

冲击强度急剧增大, 其中缺口Lozd冲击强度增大为纯PS4倍多, 而缺口Charpy冲击强度更

是增大为纯PS17倍多。图3 与图1 结论表明, 40%添加量PSE-6即可取得对PS 很好增韧效果, 同时合金刚性及强度也损失较小, 表现出非常优异综协力学性能。

2.2 不一样PSE 对增韧PS 影响

固定PSE配比为40/60, 研究了不一样苯乙烯质量分数聚苯弹性体PSE增韧PS 效果（见图4）。

从图4 能够看出, 随苯乙烯质量分数增加, 聚苯弹性体与PS共混合金韧性逐步增大, 在苯乙烯质量分数为72%时达成最大值。共混合金模量改变趋势呈“U”型, 苯乙烯质量分