陳士宏，梁文虎，馬秀清＊，王奎升，陳崇良

（1.北京化工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，北京100029；2.北京工商大學(xué)材料與機(jī)械工程學(xué)院，北京100048）

0 前言

PPO和PA這兩種通用工程塑料自身的韌性都比較差，PPO／PA合金在未增韌改性的情況下表現(xiàn)不出較好的韌性。因此要想獲得性能較好的PPO／PA合金，就應(yīng)對(duì)該合金進(jìn)行增韌改性。對(duì)于聚合物增韌通常是通過加入彈性體的方法來實(shí)現(xiàn)的，常用的增韌劑有三元乙丙橡膠（EPDM）［1］、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物（SBS）［2］、SEBS［3］、乙烯 -1- 辛烯共聚物（POE）［4］等。

本研究在已研究了小分子增容劑N，N，N′，N′-四縮水甘油基-4，4′-二氨基二苯甲烷（TGDDM）［5］的基礎(chǔ)上，對(duì)PPO／PA66合金進(jìn)行彈性體增韌改性，研究不同增韌劑SEBS和SEBS-g-MAH及其含量對(duì)PPO／PA66合金性能影響的規(guī)律。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要原料

PPO，LXR045，藍(lán)星化工新材料股份有限公司芮城分公司；

PA66，EPR27，平頂山神馬工程塑料有限責(zé)任公司；

TGDDM，SKE-3，常州市尚科特種高分子材料有限公司；

SEBS-g-MAH，GPM5500，寧波能之光新材料科技有限公司；

SEBS，YH-503，中國(guó)石化集團(tuán)資產(chǎn)經(jīng)營(yíng)管理有限公司巴陵石化分公司；

抗氧劑，2225，北京天恒健科技發(fā)展有限公司；

三氯甲烷（氯仿），分析純，北京益利精細(xì)化學(xué)品有限公司。

1.2 主要設(shè)備及儀器

嚙合同向雙螺桿擠出機(jī)，LSM30／34，德國(guó)Leistritz公司；

高速攪拌機(jī)，GRH-10，遼寧阜新市輕工業(yè)機(jī)電設(shè)備廠；

高速攪拌機(jī)控制臺(tái)，GRE-10，遼寧阜新市熱源設(shè)備廠；

電子天平，MP5002，上海恒平科學(xué)儀器有限公司；

電熱鼓風(fēng)料斗干燥機(jī)，25E，雄盛塑機(jī)有限公司；

注塑機(jī)，HTF120X2，浙江寧波海天塑料機(jī)械集團(tuán)；

萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)，XWW，承德市金建檢測(cè)儀器廠；

塑料擺錘沖擊試驗(yàn)機(jī)，ZBC1400-2，深圳市新三思材料檢測(cè)有限公司；

沖 擊 強(qiáng) 度 測(cè) 定 儀，RESIN IMPACTOR（P／N 6957.000），意大利Ceast公司；

掃描電子顯微鏡（SEM），S-4700，日本Hitachi公司。

1.3 樣品制備

按表1所示的比例，將PPO、PA66（電熱鼓風(fēng)料斗干燥機(jī)干燥，82 ℃，2.5h）、SEBS-g-MAH 或 SEBS、TGDDM、抗氧劑置于高速攪拌機(jī)中預(yù)混均勻，混合好的物料通過嚙合同向雙螺桿擠出機(jī)熔融共混擠出、牽條、水冷、造粒；所造粒料在干燥機(jī)（110℃，4h）中烘干后，在注塑機(jī)上成型標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試樣條，室溫條件下放置24h后再進(jìn)行性能測(cè)試；擠出工藝條件：機(jī)筒至口模溫度依次為270、290、290、300、300、300、295 ℃，主機(jī)螺桿轉(zhuǎn)速為50r／min，加料螺桿轉(zhuǎn)速為30r／min；注塑工藝條件：機(jī)筒至噴嘴溫度依次為255、265、275、275、265℃，螺桿塑化轉(zhuǎn)速為120r／min，注射壓力為60MPa。

表1 PPO／PA66合金的組成Tab.1 Composition of PPO／PA66alloy

1.4 性能測(cè)試與結(jié)構(gòu)表征

按GB／T 1040—2006測(cè)試試樣的拉伸強(qiáng)度，拉伸速率為50mm／min；

按GB／T 9341—2008測(cè)試試樣的彎曲強(qiáng)度，彎曲速率為2.6mm／min；

按GB／T 1843—2008測(cè)試試樣的懸臂梁缺口沖擊強(qiáng)度，A型缺口，缺口深度2mm，擺錘4kJ；

將沖擊試樣斷面通過氯仿刻蝕、烘干、噴金，然后用SEM觀察斷口形貌，加速電壓20kV；

吸水性按GB／T 1034—2008進(jìn)行測(cè)試，將試樣放入50℃干燥箱內(nèi)干燥24h，取出后在干燥的室內(nèi)冷卻至室溫，稱重（精度為1mg）；之后將試樣放入蒸餾水中（恒溫23℃）浸泡24h，取出后用濾紙迅速擦干試樣表面的水，然后稱重（精度為1mg），吸水率的計(jì)算公式為：

式中 Wm——試樣的吸水率，%

m1——浸泡前試樣的質(zhì)量，mg

m2——浸泡后試樣的質(zhì)量，mg

2 結(jié)果與討論

2.1 力學(xué)性能

從圖1可以看出，SEBS和SEBS-g-MAH對(duì)PPO／PA66合金力學(xué)性能的影響表現(xiàn)為隨著彈性體含量的增加，體系的拉伸強(qiáng)度下降，沖擊強(qiáng)度上升（富SEBS時(shí)的沖擊強(qiáng)度除外）。這主要是因?yàn)閺椥泽w的模量遠(yuǎn)低于PPO／PA66合金的，共混之后必然導(dǎo)致合金的拉伸強(qiáng)度下降，且彈性體含量越多，下降幅度越大；沖擊強(qiáng)度的提高主要是彈性體對(duì)體系增韌的結(jié)果。

由圖1還可以看出，SEBS增韌體系的性能低于SEBS-g-MAH增韌體系的性能，主要是SEBS-g-MAH中的MAH可以和PA66的端氨基反應(yīng)，而SEBS-g-MAH中的PS相又和PPO是熱力學(xué)相容體系，因此彈性體SEBS-g-MAH在合金體系中具有增韌增容雙重作用；而SEBS的加入會(huì)在合金體系中形成新的相分離界面，當(dāng)加入量較少時(shí)還有一定的彈性體增韌作用，一旦超過一定上限，相分離就會(huì)變得非常明顯，成為材料的缺陷，致使合金整體力學(xué)性能下降，這也是圖1（b）中富SEBS時(shí)的合金沖擊強(qiáng)度下降的主要原因。

2.2 微觀形貌

圖1 增韌劑含量對(duì)PPO／PA66合金力學(xué)性能的影響Fig.1 Effect of contents of toughening agent on mechanical properties of PPO／PA66alloy

圖2 PPO／PA66合金增韌后沖擊斷面的SEM照片F(xiàn)ig.2 SEM micrographs for the impact fractures surface of PPO／PA66alloys after toughening

從圖2（a）～（j）可以看出，SEBS增韌體系分散相粒徑比SEBS-g-MAH增韌體系的大，且粒徑分布較寬；與SEBS-g-MAH相比，SEBS增韌體系分散相粒子更接近球形；隨著彈性體含量增加，分散相粒徑有所減小，當(dāng)彈性體含量從15份增長(zhǎng)到20份時(shí)，SEBS-g-MAH增韌的體系發(fā)生明顯的脆-韌轉(zhuǎn)變，而SEBS增韌體系的微觀形貌則表現(xiàn)出疏松無規(guī)的結(jié)構(gòu)，這與前面力學(xué)性能分析的結(jié)果相符。

從圖2（k）～（t）可以看出，與SEBS-g-MAH 增韌體系相比，SEBS增韌體系的斷面平整，基本沒有小粒子分布在上面，而SEBS-g-MAH增韌體系的斷面分層，銀紋明顯，還有大量的小粒子；通過氯仿刻蝕掉分散相后，在放大30000倍時(shí)可以看到兩相界面的微觀形貌，發(fā)現(xiàn)相界面呈現(xiàn)高低起伏的峰谷結(jié)構(gòu)，隨著彈性體含量的增加，峰谷結(jié)構(gòu)越明顯，且在彈性體含量相等時(shí)，單位面積上SEBS-g-MAH增韌體系的峰谷數(shù)比SEBS增韌體系的多。

SEBS雖然和PPO具有一定的相容性，但和PA66是不相容的，那么體系中加入的SEBS如果進(jìn)入PPO和PA界面，必然使該界面的黏結(jié)強(qiáng)度減弱，這樣就會(huì)導(dǎo)致合金體系的性能變得很差；而SEBS-g-MAH中的MAH可以和PA66的端基反應(yīng)，這樣就和TGDDM起到協(xié)同增容的作用，從而表現(xiàn)出彈性體增韌的效果。

2.3 吸水性

由圖3對(duì)比發(fā)現(xiàn)：隨著彈性體增韌劑含量的增加，合金吸水率都逐漸減小，這主要是由于所加增韌劑都沒有親水基團(tuán)，其含量增加必然導(dǎo)致吸水性較強(qiáng)的PA66比例下降，從而2種合金體系都表現(xiàn)出隨增韌劑含量增加，吸水率呈下降的趨勢(shì)；SEBS增韌體系的吸水率大于SEBS-g-MAH增韌體系的，這主要是SEBS-g-MAH中的MAH能夠和PA66的親水基團(tuán)-氨基反應(yīng)，而SEBS不能夠消耗體系中的親水基團(tuán)，因此SEBS-g-MAH加入后合金體系的吸水率要比相同含量SEBS加入時(shí)的吸水率小。

圖3 PPO／PA66合金增韌后的吸水率Fig.3 Water absorption of PPO／PA66 alloys after toughening

3 結(jié)論

（1）隨著增韌劑SEBS和SEBS-g-MAH含量的增加，PPO／PA66合金體系的拉伸強(qiáng)度減小，沖擊強(qiáng)度增大（富SEBS時(shí)除外）；

（2）SEBS-g-MAH增韌PPO／PA66合金體系的力學(xué)性能較好；

（3）SEBS和SEBS-g-MAH 增韌的 PPO／PA66合金的吸水率都隨增韌劑含量的增加而減小，且SEBS-g-MAH增韌的PPO／PA66合金體系的吸水率較小。

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