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马来酸酐接枝SEBS 1901对PC/PBT共混物性能影响

马来酸酐接枝SEBS 1901对PC/PBT共混物性能影响  

  聚碳酸酯(PC)作为一种工程塑料,其冲击强度高,耐蠕变性能好,具有良好的电绝缘性和尺寸稳定性。但由于PC的熔体黏度大,流动性、耐溶剂性以及耐磨性都较差,其应用受到限制。聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)是一种结晶性的热塑性塑料,结晶速度快,适合于高速成型,具有耐化学药品性、熔体流动性好等优点,但是缺口冲击强度较低。因此,将PC和PBT进行共混改性,可以优势互补。

    为了获得高性能的PC/PBT共混物,国内外对PC/PBT共混物的增韧改性进行了大量的研究。氢化苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物具有良好的可塑性和高弹性,本研究采用马来酸酐接枝氢化苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物(马来酸酐接枝SEBS 1901)作为PC/PBT共混物的相容剂,研究其对PC/PBT共混物性能的影响。

    1  试验部分

    1.1  原料

    PC,S3001R,日本三菱公司;PBT,1100-211M,长春人造树脂厂股份有限公司;马来酸酐接枝SEBS,1901,市售。

    1.2  主要设备

    双螺杆挤出机,SHJ-35,中国广达橡塑机械厂;注塑机,HYF-600,宁波海鹰塑料机械有限公司,微机控制电子万能材料试验机,WDT-5,深圳市凯强利机械有限公司;悬臂梁冲击试验机,ⅪU-2.75,承德试验机有限责任公司;扫描电子显微镜(SEM),JSM%360LA,日本电子公司;平板流变仪,Physica MCR301,AntonPaar公司。

    1.3  试样制备

    将PC,PBT和增韧改性剂等按比例称量,经高速混合机混合后,加入双螺杆挤出机经熔融挤出、冷却、切粒,制得PC/PBT/马来酸酐接枝SEBS共混物的粒料,一区至五区温度分别为190,220,240,250,250℃,螺杆转速度120r/min,进料转速为110 r/min。

    将所得粒料在100℃下干燥8 h后,采用注射成型法按工艺条件(射嘴温度、一区至三区温度分别为240,250,240,220℃,保压时间8 s,冷却时间20s,注射压力80MPa)制备标准测试样条,供性能测试用。

    1.4  性能测试与结构表征

    1.4.1  力学性能测试

    悬臂梁缺口冲击强度按照GB 1043-1993标准测试,试样尺寸4 mm ×8 mm× 80 mm(V型缺口);弯曲性能按GB 9341-1988标准测试,试样尺寸为4 mm×10 mm×80 mm,测试速度2 mm/min;拉伸性能按GB/T 1040-1992标准测试,试样工作面尺寸4mm×10mm,拉伸速度为50 mm/min。

    1.4.2  结构表征

    (1)  SEM:将样品在液氮中冷冻脆断,将脆断断面真空镀金,在SEM上观察断面形貌特征并照相。

    (2)  动态力学测试:在Physica MCR301平板流变仪上进行动态力学分析,两平板间距离为1 mm,强迫扭摆频率为1 Hz,测试温度30~180℃,升温速率为5℃/min。

    (3)  流变性能测试:采用PhysicaMCR301平板流变仪上进行流变性能测试,用氮气进行保护,测试温度为240℃,剪切速率0.01~50.00 s-1,测试模式为旋转模式。

    2  结果与讨论 

    2.1  马来酸酐接枝SEBS 1901对PC/PBT力学性能影响

    根据前期试验结果,综合考虑PC/PBT共混物的力学性能、耐溶剂性和熔体流动性等因素,本试验选取PC/PBT(两者质量比70/30)作为研究基础,研究马来酸酐接枝SEBS用量对PC/PBT共混物力学性能的影响。 

    马来酸酐接枝SEBS用量对共混物常规力学性能的影响如图1所示。由图1(a)可见,未添加马来酸酐接枝SEBS时,共混物的缺口冲击强度较低,为7 kJ/m2。随着马来酸酐接枝SEBS用量的增加,共混物的缺口冲击强度明显提高,但马来酸酐接枝SEBS用量超过5%后共混物缺口冲击强度增加幅度较小。由图1(b)可见,随着马来酸酐接枝SEBS用量的增加,PC/PBT共混物的拉伸强度下降,断裂伸长率上升。由图1(c)可见,随着马来酸酐接枝SEBS用量的增加,PC/PBT共混物的弯曲强度和弯曲模量呈下降趋势,这主要是因为SEBS是弹性体,本身强度低于PC和PBT,符合弹性体增韧的一般规律。 

    综合分析图1可知,当马来酸酐接枝SEBS用量为5%时,共混物的缺口冲击强度为未添加马来酸酐接枝SEBS共混物的8倍,拉伸强度和弯曲强度略有降低,但仍保持相当高的水平。根据弹性体增韧原理,马来酸酐接枝SEBS可以作为应力集中体,诱发大量的银纹或剪切带而消耗能量,还能够起到终止银纹的作用,而不至于发展成破坏性的裂纹,因此对共混物起到良好增韧作用;另一方面,马来酸酐接枝SEBS中含有极性的马来酸酐基团,它能与PC/PBT共混物中PBT的端羟基反应,使得表面张力降低,界面粘结作用增强,起到增容作用,因此缺口冲击强度得到显著提高。当马来酸酐接枝SEBS用量超过5%时,随着马来酸酐接枝SEBS用量的增加,共混物的缺口冲击强度上升缓慢,而拉伸强度和弯曲强度下降显著。因此,在试验范围内,当马来酸酐接枝SEBS用量为5%时,PC/PBT共混物的综合性能最佳。 

    2.2  微观结构分析

    为了进一步考察马来酸酐接枝SEBS对PC/PBT共混物性能的影响,采用SEM对PC/PBT及PC/PBT/马来酸酐接枝SEBS的微观形态结构进行观察(见图2)。

    图2(a)为PC/PBT(质量比70/30)共混物的SEM照片。由图2(a)可见,其断裂面呈现层片状结构,整个断裂面较平整,这是因为当试样受到冲击能量作用时产生的裂纹在基体中快速扩展而形成的,属于脆性断裂且断裂过程中消耗的能量较少,因而冲击强度较低。图2(b)为PC/PBT(质量比70/30)共混物中加入质量分数5%马来酸酐接枝SEBS的SEM照片。由图2可见,断裂面留有橡胶粒子脱落时留下的孔洞,表明试样在断裂过程中发生了应力屈服。橡胶微粒在试样断裂过程中起到吸收能量阻止裂纹扩展的作用,此外在共混过程中马来酸酐接枝SEBS在热和剪切应力作用下,马来酸酐接枝SEBS的酸酐基团与PC/PBT共混物的端羟基发生化学反应,有利于弹性体在共混物中的细化与均匀分散,降低了界面张力,增强了界面粘结力,断裂过程中需要消耗较高的能量,因而表现为韧性断裂。 

    2.3  动态力学分析 

    图3(a)是PC/PBT/马来酸酐接枝SEBS(PC/PBT质量比为70/30)共混物储存模量与温度的关系曲线。从图3(a)中储存模量的变化曲线来看,随着温度的升高,共混物分子链链段运动能力不断增强,使得共混物的储存模量逐渐下降。此外,马来酸酐接枝SEBS中SEBS部分储存模量较低,能减弱共混物的的刚性,在玻璃化转变温度(Tg)之前,相同温度下随马来酸酐接枝SEBS用量的增加,共混物的储存模量逐渐降低。

    图3(b)是PC/PBT/马来酸酐接枝SEBS(PC/PBT质量比为70/30)共混物损耗因子取正切(tanδ)随温度变化的关系曲线。从图3(b)可以看出PC/PBT共混物出现2个松弛峰,其共混物的Tg分别为62,135℃,相对于PC的Tg (150℃)与PBT的Tg (45℃)而言,两者的Tg之差变小,表明PC与PBT有部分相容性,马来酸酐接枝SEBS加入后,共混物中PC的Tg向低温迁移,两者的Tg之差进一步减小,说明马来酸酐接枝SEBS的存在增加了界面间的结合强度,进而提高了共混物的相容性。

    2.4  流变性能的研究 

    图4显示试验温度240℃的条件下PC,PC/PBT(质量比70/30),PC/PBT/马来酸酐接枝SEBS[其中PC/PBT(质量比70/30),马来酸酐接枝SEBS质量分数5%]共混物表观表观黏度随剪切速率的变化趋势。从图4可以看出,在试验范围内,纯PC的表观黏度随着剪切速率的增加而.降低,这是由于纯PC大分子链具有高刚性和大的空间位阻使其具有较高的熔体黏度,从而使分子链之间的滑移困难。当剪切速率增加时,分子链发生滑移变的相对容易,同时还沿着剪切方向规则排列,流动阻力减小,从而表现为随着剪切速率的增加,表观黏度下降。 

    当将PBT加入到PC中后,共混物的表观黏度明显低于纯PC基体,这是由于PBT本身分子链的柔顺性大,在高温下流动性好,因而PBT的加入降低了体系的流动阻力,提高了流动性,因此,PC/PBT共混物比纯PC的表观黏度低,流动性好。PC/PBT/马来酸酐接枝SEBS共混物与PC/PBT共混物相比,其表观黏度未有较大变化,表明马来酸酐接枝SEBS的加入在改善共混物冲击韧性的同时并未影响共混物良好的成型加工性能。 

    3  结论 

    a)  一定用量的马来酸酐接枝SEBS1901能够较大幅度地提高共混物的缺口冲击强度和断裂伸长率,共混物的拉伸强度和弯曲强度呈现下降的趋势。当马来酸酐接枝SEBS的用量为5%时,PC/PBT共混物的综合性能最理想。 

    b)  马来酸酐接枝SEBS加入后,共混物PC/PBT中PC的Tg向低温迁移,两者的Tg之差进一步减小,提高了共混物的相容性。 

    c)  马来酸酐接枝SEBS在改善PC/PBT共混物冲击韧性的同时,对PC/PBT共混物的成型.加工性能并未产生不良影响。

 


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