何志帥，郭墨林，鐘一平，丁 超

(金發(fā)科技股份有限公司，廣東 廣州 510663)

PPE作為一種非晶高分子材料，具有密度低、尺寸穩(wěn)定性佳、耐高溫、蠕變性能好、吸水率低等優(yōu)點，在新能源電池領(lǐng)域應(yīng)用非常廣泛。但是PPE本身的粘度高，在注塑過程中會殘留比較大的應(yīng)力，容易造成應(yīng)力開裂[1-2]。PP具有優(yōu)異的耐應(yīng)力開裂、電學性能的同時具有密度低的優(yōu)點[3-4]。如果能夠?qū)烧邔崿F(xiàn)合金化，制備出一種以PPE和PP作為雙連續(xù)相結(jié)構(gòu)的材料，就能很好的繼承兩者的優(yōu)點，使材料具有良好的尺寸穩(wěn)定性的同時具有耐應(yīng)力開裂、低密度的優(yōu)點[5-7]。但是在兩者進行合金化的過程中主要存在兩個問題：(1)PPE和PP兩者的相容性差，為兩相不相容體系，在加工過程中會存在明顯的相分離[8]；(2)PPE的引入會造成材料的流動性大幅度下降[9-10]。

針對PPE和PP的相容性問題，目前已有大量文獻進行了相關(guān)研究。研究表明采用馬來酸酐接枝PE、馬來酸酐接枝PP、SEBS、SEPS等作為相容劑，可以有效改善PPE和PP的相容性問題，其中采用SEPS能夠在改善材料相容性的同時提升材料韌性，但是不能夠解決PPE引入造成的流動性問題。針對PPE導致的PPE/PP合金流動性差的問題，目前研究比較少[11-14]。聚苯乙烯(簡稱PS)和PPE能夠完全混容，在實際使用過程中常常用來改善PPE的流動性，并且PS與SEPS類的相容劑也具有較好相容性[15-16]。基于PS的這一特性，為了解決PPE導致的材料流動性差的問題。本文通過加工共混技術(shù)，首先制備了雙連續(xù)結(jié)構(gòu)的PPE/PP合金，然后研究聚苯乙烯(PS)對PPE/PP合金流動性和機械性能的影響。此外，進一步研究了在SEPS作為相容劑增容的PPE/PP合金中，PS對PPE/PP合金流動性和機械性能的影響。

1 實 驗

1.1 原材料

PPE LXN045，藍星化工新材料有限公司；PP SP179，中石化齊魯；PS MA5210，雅仕德化工(江蘇)有限公司；SEPS G1702，美國科騰。

1.2 主要設(shè)備與儀器

STS-35螺桿擠出機，南京科倍隆機械有限公司；BS80-Ⅲ注塑機，博創(chuàng)機械股份有限公司；BMF-003熔指儀，德國Zwick/Roell公司；CMT6104電子萬能材料試驗機，深圳新三思材料檢測有限公司；BPI-5.5 STAC沖擊試驗機，德國Zwick/Roell公司；S-3400N掃描電子顯微鏡，日本 HITACHI 公司。

1.3 樣品制備

將原材料按照配方比例混合均勻后，通過雙螺桿擠出造粒。擠出工藝：轉(zhuǎn)速300 rpm/min，喂料45 kg/h，擠出溫度為240～260 ℃。擠出后冷卻、干燥、切粒制備得到成品。將擠出的成品在80 ℃下干燥4 h后用注塑機注塑成標準測試樣條。

1.4 性能測試

拉伸強度按ISO 527-2：2012測試，拉伸速率為50 mm/min；彎曲性能按ISO 178：2010測試，彎曲速度2 mm/min；懸臂梁缺口沖擊強度按ISO 180：2019測試，擺錘能量為2.75 J；熔體流動速率按ISO 1133-1：2011標準測試，測試條件：260 ℃，5 kg。

表面形貌分析：將注塑試樣液氮冷凍脆斷，采用氯仿對脆斷樣品進行刻蝕36 h后，對刻蝕樣品在70 ℃烘箱中干燥24 h后，對斷面進行噴金后，采用SEM觀察斷面的相態(tài)，加速電壓12 kV。

2 結(jié)果與討論

2.1 不同PPE和PP含量對相態(tài)的影響

為研究PPE和PP含量對合金相態(tài)的影響，設(shè)計配方如表1所示，材料的組分按照份數(shù)進行計算。

表1 不同PPE和PP含量配方表Table 1 The formula table of different PPE and PP content

對上述配方采用氯仿刻蝕掉PPE后，觀察不同PPE含量下材料的相形態(tài)。7#配方在氯仿中直接溶解，說明PPE/PP份數(shù)在90/10時，材料為以PPE連續(xù)相的海-島結(jié)構(gòu)，其余配方的SEM圖如圖1所示。

圖1 不同PPE和PP含量下SEM圖片F(xiàn)ig.1 SEM images of different PPE and PP content

如圖1所示，當PPE/PP比例在35/65～80/20之間時，材料相態(tài)上均存在明顯的雙連續(xù)相結(jié)構(gòu)且PPE的相疇均較大。其中PPE和PP比例達到50/50～65/35時，材料雙連續(xù)相結(jié)構(gòu)較為完整。綜合來說，在加工過程中PP很容易形成PP的連續(xù)相，當PPE和PP比例達到50/50～65/35時能夠形成較為完整的雙連續(xù)相結(jié)構(gòu)。

2.2 PS在雙連續(xù)相結(jié)構(gòu)下對PPE/PP流動性和機械性能影響

選取PPE/PP比例在65/35時，研究了在雙連續(xù)相結(jié)構(gòu)下PS對PPE/PP合金流動性和機械性能的影響，配方見表2，PS對PPE/PP合金的性能影響結(jié)果如表3所示。

表2 PPE/PP合金中加入PS的配方表Table 2 The formula table for adding PS to PPE/PP alloys

表3 不同PS含量下PPE/PP合金的性能Table 3 The properties of PPE/PP alloys with different PS content

從表3中可以看出，材料的流動性隨著PS含量增加大大提升，當PS的份數(shù)達到55時，材料的熔體流動速率由0.70 g/10 min提升到27.06 g/10 min。同時PS的材料的韌性隨著PS含量提升而提升，說明PS加入可以提升PPE/PP的韌性。材料的拉伸強度、彎曲強度和彎曲模量隨著PS的增加而下降，這是由于在雙連續(xù)相結(jié)構(gòu)中PPE對剛性的影響較大，加入PS會降低PPE剛性，導致材料的拉伸強度、彎曲強度和彎曲模量下降。

綜合來說，PS引入能夠提升材料的流動性的同時有利于材料韌性的提升，但是PS自身的引入會造成PPE剛性下降，造成材料的力學性能下降。

2.3 PS在相容劑存在下對PPE/PP 流動性和機械性能影響

在未加入相容劑時，加入PS在改善流動性后能夠提升材料的沖擊性能，但是沖擊性能均在8.1 kJ/m2以下，不能夠滿足實際應(yīng)用需求。在實際使用過程中，一般需要加入相容劑來進一步改善材料相容劑提升材料沖擊性能?；诖耍疚倪M一步研究了PS在相容劑存下對PPE/PP合金流動性和性能的影響。選取的相容劑為SEPS G1702，配方見表4。

表4 相容劑存在下材料配方表Table 4 The formula table for the presence of compatibilizer

對上述配方樣品采用氯仿刻蝕后，采用SEM對其形貌進行了觀察，結(jié)果如圖2所示。

圖2 相容劑存在下PPE/PP合金的SEM圖Fig.2 SEM images of PPE/PP alloysfor the presence of compatibilizer

從圖2-1#、2-3#可以看出，與未加入相容劑(圖1-5#)相比較，材料的相疇明顯變小，說明SEPS G1702能夠提高PPE和PP的相容性。通過圖2-1#和圖2-2#、圖2-3#和圖2-4#對比可知，加入PS相疇明顯變小，材料的相容性效果大幅度提升。材料的性能測試結(jié)果如表5所示，從表中可以看出，在相容劑存在下加入PS后流動性仍提升明顯。與未加入PS相比較，在相同相容劑用量份數(shù)下，材料的韌性效果提升更加明顯。在15份相容劑下，加入PS后韌性從12.2 kJ/m2提升到25.0 kJ/m2。說明在PS引入提升流動性的同時有利于相容劑對PPE和PP界面的改善，從而提升材料的韌性。

表5 相容劑存在下PPE/PP合金性能Table 5 The properties of PPE/PP alloys for the presence of compatibilizer

整體來說，在相容劑存在的情況下，PS的加入在仍能夠顯著提高材料的流動性。同時它有助于增強相容劑的界面改善，從而大大提高材料的沖擊性能。

3 結(jié) 論

在加工過程中PP很容易形成PP的連續(xù)相，當PPE和PP比例達到50/50～65/35時能夠形成較為完整的雙連續(xù)相結(jié)構(gòu)。在PPE/PP合金中，加入PS能夠提升材料的流動性的同時有利于材料韌性的提升，但是PS自身的引入會造成PPE剛性下降，造成材料的力學性能下降。在相容劑存在下，PS的加入在仍能夠顯著提高材料的流動性。同時它有助于增強相容劑的界面改善，從而大大提高材料的沖擊性能。