马来酸酐接枝物对PPABS复合材料性能的影响

马来酸酐接枝物对PP/ABS复合材料性能的
影响
娄金分1,2，马凤贺1,2，罗筑1,2**，李扬1,2
（1.贵州大学材料与冶金学院,贵州贵阳550003；2.国家复合改性聚合物材料工程技术研究中心,贵州贵阳
550014；）
摘要：在PP/ABS复合材料中加入复配的马来酸酐接枝物PP-g-MAH和ABS-g-MAH，研究接枝物对复合材料性能的影
响。

研究结果表明马来酸酐接枝物的加入能提高复合材料的拉伸强度和弯曲强度，并随着接枝物含量增加而提高，
冲击强度随接枝物含量增加而降低。

复配马来酸酐接枝物中在复合材料中PP-g-MAH含量为10份时综合性能最佳。

PP/ABS复合材料的强度和刚度随ABS含量的增加而增加，随着ABS组分含量的增加，ABS相分布从海-岛状分布向
海-海结构转变。

SEM结果表明马来酸酐接枝物的加入有助于ABS在聚丙烯中的分散，DSC数据表明马来酸酐接枝物
使材料的结晶度有所提高。

关键词：马来酸酐接枝物，PP/ABS复合材料，相容性,两相形貌，力学性能
The Effect of Maleic Anhydride grafted on
PP/ABS Composite
Lou Jinfen1,2,Ma Fenghe1,2,Luo Zhu1,2, Li Yang1,2
（1、College of Materials Science and Metallugry Engineering,Guizhou University,Guiyang，550003,China;
2、National Engineering Research Center for Compounding and Modification of Polymeric Materials，Guiyang, 550014, China;）
Abstract：In this paper, the effect of Maleic Anhydride PP-g-MAH and ABS-g-MAH on the properties of PP/ABS composite was studied . The results showed that the Maleic Anhydride improved the tensile strength and flexural strength of
the composite material , and increased with the increase of the content of the graft copolymer, but the impact strength decreased . The best performance appeared when the content of PP-g-MAH was 10 parts. The strength and stiffness of
PP/ABS composite increased with the increasing of the content of ABS. With the increase of the content of ABS ,ABS phase distribution from the sea-island-like converted to the sea-sea-like structure. The SEM results showed the Maleic Anhydride contribute to the dispersion of ABS in polypropylene, The DSC data show that the degree of crystallinity of materials with maleic anhydride grafted was improved.
Key Words：maleic anhydride, PP/ABS composite materials, compatibility，Two-phase morphology，Mechanical Properties
聚丙烯(PP) 是一种价廉质轻的通用塑料，具有很多优点，但PP的不足是强度、刚度和耐冲击
性较差，易老化，成型收缩率大，共聚型聚丙烯具有较好的冲击韧性，但强度和刚度的进一步降低
制约了其应用领域的扩大。

ABS为三元共聚物，具有优良的力学性能而被广泛应用，将两者共混或
许可获得具有优良综合性能、性价比更高的聚合物改性材料。

无论从热力学角度考虑，还是从结构
上考虑，非极性部分结晶的PP和无规、极性的ABS都不相容的，所以加入适宜的相容剂是提高体
基金项目：贵州省重点科技攻关项目（黔科合GY[2009]3010） *联系人：罗筑，luozhu2000@
作者简介：娄金分，女，1988年出生，在读硕士研究生，主要从事聚合物共混改性研究。

E-mail：jinfenLou@
系相容性的关键[1-2]。

改善界面相容性，最有效的办法是在共混体系中加入相容剂。

改善共混物两相分散性,提高共混体系的加工性和力学性能,其中PP接枝马来酸酯相容剂的性能较优[3]。

对于PP/ABS共混体系的相容性，有研究者在共混体系中加入不同组分如PP- SAN[4]、Cl-PP-g-MAH[5]、PP-g-2-HEMA[6]、PP-g-AA[7]、PP-g-SAN[8]、PP-g-MAH[9]研究共混物的性能,研究结果表明接枝物作为相容剂加入到PP/ABS共混物中，都能在一定程度改善复合材料的相容性，提高力学性能，微观形态分析表明相容剂的加入改变了分散相的分布，增加了相容性，但未见相容剂复配的研究文献。

本文以PP为基体，通过PP-g-MAH和ABS-g-MAH的复配， PP-g-MAH能与聚丙烯相容，ABS-g-MAH能与ABS有良好相容作用，以两种接枝物改善聚丙烯与ABS的相容性，制备不同配比的PP/ABS复合材料，并考察接枝物对共混物性能的影响。

1 实验部分
1.1 实验原料
s-PP：K9026，共聚型聚丙烯，中国石油燕山石化公司；ABS：747S，台湾奇美实业股份有限公司；PP-g-MAH：CMG9801（接枝率为1%），上海日之升新技术发展有限公司；ABS-g-MAH：OY-02（接枝率为3%），慈溪欧原贸易有限公司。

1.2 实验仪器设备
数字鼓风干燥箱：GZX-9240 M，上海博讯实业有限公司；高速混合机组：SHR10A，张家港市宏基机械有限公司；双螺杆混炼挤出造粒机：TSE-40A，南京瑞亚高聚物制备有限公司；注塑机：CJ80m3V，震德塑料机械有限公司；悬臂梁冲击试验机：XJU-55，承德市金建检测仪器有限公司；微机控制电子万能试验机：WdW-10C，上海华龙测试仪器公司；扫描电子显微镜：KYKY-AMRAY-2800，北京中科仪器有限公司；透射电子显微镜：JEM200CX，日本JEOL公司；差示扫描量热仪：Q10，美国TA公司，动态力学分析仪：Q800，美国TA公司。

1.3 复合材料的制备
工艺配方：PP/ABS为80:20，70:30，60:40，50:50,共100 phr；PP-g-MAH/ABS-g-MAH为2:1,在不同配比的PP/ABS混合物中分别加入PP-g-MAH：0、2、4、6、8、10、12phr，ABS-g-MAH:0、1、2、3、4、5、6phr。

原料通过高速混合以后加入双螺杆挤出机中挤出造粒，挤出温度为175，180，185，190，195，200，205，210，220。

粒料放烘箱中80℃干燥2小时后注塑成标准样条。

1.4 性能测试与表征
力学性能测试：冲击实验GB/T1843-2008标准执行；拉伸实验GB/T1040.2-2006标准；弯曲实验GB/T9341-2008标准。

SEM测试：常温条件下，采用XJU-55型悬臂梁冲击试验机对缺口样条进行冲击实验，对所得断面进行喷金处理。

测试电压25KV。

DSC测试：分别从样条的相同部位准确称
取约6mg 的平整样品，将样品置于Q10型热分析仪中，采用N 2氛围，气流为40mL/min ，并以10℃/min 的速度从40℃加热至230℃，恒温5min 消除热历史，再以10℃/min 匀速降温至40℃，记录升温、降温曲线。

2 结果与讨论
2.1马来酸酐接枝物对PP/ABS 共混力学性能的影响
复配马来酸酐接枝物对PP/ABS 复合材料的力学性能的影响如图1所示，
T e n s i l e s t r
e n g t h （M P a )
PP-g-MAH content (phr)
f l e x u r a l s t r e n
g t
h (G P a )
PP-g-MAH content (phr)
（a ）接枝物用量对PP/ABS 共混物抗拉强度的影响 （b ）接枝物用量对PP/ABS 共混物弯曲强度的影响
B e n d i n g m
o d u l u s (G P a )
PP-g-MAH content (phr)
I z o d I m p a c t S t r e m g t h (M P a )
PP-g-MAH content (phr)
(c) 接枝物用量对PP/ABS 共混物弯曲模量的影响 (d) 接枝物用量对PP/ABS 共混物冲击强度的影响
图1 复配马来酸酐接枝物含量对PP/ABS 复合材料的力学性能的影响
Figure 1 The effect of complex of Maleic anhydride grafted on the mechanical properties of the PP/ABS composite
从（a ）~（c ）可以看出，在PP/ABS 共混体系中加入少量复配的马来酸酐接枝物能改善复合材料的拉伸强度、弯曲强度和弯曲模量。

PP/ABS 复合材料的拉伸强度、弯曲强度和弯曲模量随马来酸酐接枝物含量增加而增加，在复配接枝物中PP-g-MAH 含量超过10份以后，性能提高趋于缓慢。

原因是马来酸酐接枝物在共混物中能改善聚丙烯和ABS 两相的相容性，并随着接枝物含量的增加，相容效果越明显，在PP-g-MAH 含量达到10份时最好；超过10份后性能提高缓慢是因为接枝物分子量较小，过多的接枝物在共混体系中对力学性能产生劣化作用。

从图1（d ）看出马来酸酐接枝物的加入使复合材料的冲击强度有所下降，且随接枝物含量增加，冲击强度降低，但对70/30、60/40配比的材料影响较小。

主要是由于马来酸酐接枝物为脆性物质，其加入导致材料冲击强度降低，且共聚PP(9026)本身具备了较高的冲击韧性，ABS 对其无增韧作用。

从图1（a ）、图1（b ）、图1（c ）可以看出共混体系中ABS 含量的不同，材料的拉伸性能有所不同。

ABS 含量为20份和30份时强度和刚度较低，40份和50份时强度依次增加。

原因是ABS 在共混体系在起到了增加刚性和增强的作用。

复合材料的性能与分散相在聚丙烯基体中分散程度，分散形式有关。

当ABS 含量少时两相分布呈海-岛结构，ABS 相在聚丙烯基体中起到刚性颗粒的增强作用。

当ABS 含量增加到一定量时，两相结构开始呈现为共连续的海-海结构，因此当ABS 含量达到40份以后，表现为较高的强度和刚度。

2.2 PP/ABS 共混物结晶性能分析
H e a t F l o w (W /g )
Temperature
H e a t F l o w (W /g )
Temperature
（a ）PP/ABS(50/50)复合材料结晶曲线 （b ）PP/ABS(50/50)复合材料熔融曲线
图2复配马来酸酐接枝物的PP/ABS(50/50)复合材料的DSC 曲线
Figure 2 The DSC curve of the PP/ABS(50/50) composite material with complex of maleic anhydride grafted
图2 为PP/ABS(50/50)复合材料的熔融曲线和结晶曲线，从图上可以看出复配的马来酸酐的接枝物加入对复合材料的结晶温度的影响不大，随着其含量的增加，熔融温度、结晶峰温和初始结晶温度都略有降低。

根据聚合物结晶度计算结果如表1，计算公式如下：
%100pp
c
0⨯Ω∙∆∆=
H H X c
式中，X C——结晶度；
ΩPP——PP的质量分数；
∆H C——熔融时放出的热焓；
∆H0——聚丙烯完全结晶的热焓，其值为209J/g。

从表1可以看出随着复配马来酸酐接枝物加入量的增加，结晶度上升，主要原因是马来酸酐接枝物的分子量较小，在复合材料中有利于分子链的运动和有序化，故结晶度升高，这也是材料强度和刚度提高的因素之一。

表1 PP/ABS (50/50) 共混物的结晶度
Table 1 the degree of crystallinity of PP/ABS(50/50) blend
升温速率Φ(℃/min)熔融温度Tm（℃）
结晶峰温Tp（℃）初始结晶温度Tc（℃）结晶焓ΔHc（J/g）结晶度Xc（%）
样品
1 10 164.99
121.33 125.43 37.80 36.17%
样品
2 10 163.34
120.99 124.77 37.86 39.49%
样品
3 10 164.58
119.66 123.96 38.26 42.10%
注：样品1- PP/ABS (50/50)，样品2- PP/ABS/PP-g-MAH (50/50/6)，样品3- PP/ABS/PP-g-MAH (50/50/10) 2.3 PP/ABS共混物的微观形态分析
a. PP/ABS(70/30)
b. PP/ABS/PP-g-MAH(70/30/10)
c. PP/ABS/ PP-g-MAH (50/50/10)
图3 PP/ABS复合材料的SEM照片
Figure 3 The SEM photographs of PP/ABS composite
图3为PP/ABS复合材料的SEM照片，从图3（a）可以看出当ABS含量为30%时以分散相分布在基体中，图3（b）与图3（a）比较，可以看出加入复配马来酸酐接枝物中PP-g-MAH含量为10份后，ABS分散相的分散尺寸减小，分散更均匀，和力学性能相互验证。

比较图3的(b)和(c)发现ABS 含量为50%时共混物两相形成了共连续结构，加入马来酸酐接枝物使两相分布更均匀。

在宏观上表现为力学性能上升，与前文测试结果一致。

3 结论
（1）复配的马来酸酐接枝物加入PP/ABS复合材料中能提高复合材料的拉伸性能和弯曲性能，并随着接枝物含量增加，拉伸强度和弯曲强度都得到提高；复合材料的冲击强度随接枝物含量增加而有所降低。

复配马来酸酐接枝物中在复合材料中PP-g-MAH含量为10份时综合性能最佳。

（2）PP/ABS复合材料的强度和刚度随ABS含量的增加而增加。

在聚丙烯基体中，随着ABS 组分含量的增加，ABS相分布从海-岛状分布向海-海结构转变。

ABS含量超过40份后，两相分布呈现海-海结构，并随着ABS含量的增加，海-海结构更均匀，此时材料的强度和刚度具有较大幅度的提高。

（3）马来酸酐接枝物的加入能提高PP/ABS复合材料的结晶度，对结晶峰温，结晶开始温度和熔融温度影响不大。

参考文献
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