SEBS和SEBS-g-MAH对PPO／PA66合金性能影响的研究

陈士宏，梁文虎，马秀清＊，王奎升，陈崇良

（1.北京化工大学机电工程学院，北京100029；2.北京工商大学材料与机械工程学院，北京100048）

0 前言

PPO和PA这两种通用工程塑料自身的韧性都比较差，PPO／PA合金在未增韧改性的情况下表现不出较好的韧性。因此要想获得性能较好的PPO／PA合金，就应对该合金进行增韧改性。对于聚合物增韧通常是通过加入弹性体的方法来实现的，常用的增韧剂有三元乙丙橡胶（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剂N，N，N′，N′-四缩水甘油基-4，4′-二氨基二苯甲烷（TGDDM）［5］的基础上，对PPO／PA66合金进行弹性体增韧改性，研究不同增韧剂SEBS和SEBS-g-MAH及其含量对PPO／PA66合金性能影响的规律。

1 实验部分

1.1 主要原料

PPO，LXR045，蓝星化工新材料股份有限公司芮城分公司；

PA66，EPR27，平顶山神马工程塑料有限责任公司；

TGDDM，SKE-3，常州市尚科特种高分子材料有限公司；

SEBS-g-MAH，GPM5500，宁波能之光新材料科技有限公司；

SEBS，YH-503，中国石化集团资产经营管理有限公司巴陵石化分公司；

抗氧剂，2225，北京天恒健科技发展有限公司；

三氯甲烷（氯仿），分析纯，北京益利精细化学品有限公司。

1.2 主要设备及仪器

啮合同向双螺杆挤出机，LSM30／34，德国Leistritz公司；

高速搅拌机，GRH-10，辽宁阜新市轻工业机电设备厂；

高速搅拌机控制台，GRE-10，辽宁阜新市热源设备厂；

电子天平，MP5002，上海恒平科学仪器有限公司；

电热鼓风料斗干燥机，25E，雄盛塑机有限公司；

注塑机，HTF120X2，浙江宁波海天塑料机械集团；

万能材料试验机，XWW，承德市金建检测仪器厂；

塑料摆锤冲击试验机，ZBC1400-2，深圳市新三思材料检测有限公司；

冲 击 强 度 测 定 仪，RESIN IMPACTOR（P／N 6957.000），意大利Ceast公司；

扫描电子显微镜（SEM），S-4700，日本Hitachi公司。

1.3 样品制备

按表1所示的比例，将PPO、PA66（电热鼓风料斗干燥机干燥，82 ℃，2.5h）、SEBS-g-MAH 或 SEBS、TGDDM、抗氧剂置于高速搅拌机中预混均匀，混合好的物料通过啮合同向双螺杆挤出机熔融共混挤出、牵条、水冷、造粒；所造粒料在干燥机（110℃，4h）中烘干后，在注塑机上成型标准测试样条，室温条件下放置24h后再进行性能测试；挤出工艺条件：机筒至口模温度依次为270、290、290、300、300、300、295 ℃，主机螺杆转速为50r／min，加料螺杆转速为30r／min；注塑工艺条件：机筒至喷嘴温度依次为255、265、275、275、265℃，螺杆塑化转速为120r／min，注射压力为60MPa。

表1 PPO／PA66合金的组成Tab.1 Composition of PPO／PA66alloy

1.4 性能测试与结构表征

按GB／T 1040—2006测试试样的拉伸强度，拉伸速率为50mm／min；

按GB／T 9341—2008测试试样的弯曲强度，弯曲速率为2.6mm／min；

按GB／T 1843—2008测试试样的悬臂梁缺口冲击强度，A型缺口，缺口深度2mm，摆锤4kJ；

将冲击试样断面通过氯仿刻蚀、烘干、喷金，然后用SEM观察断口形貌，加速电压20kV；

吸水性按GB／T 1034—2008进行测试，将试样放入50℃干燥箱内干燥24h，取出后在干燥的室内冷却至室温，称重（精度为1mg）；之后将试样放入蒸馏水中（恒温23℃）浸泡24h，取出后用滤纸迅速擦干试样表面的水，然后称重（精度为1mg），吸水率的计算公式为：

式中 Wm——试样的吸水率，%

m1——浸泡前试样的质量，mg

m2——浸泡后试样的质量，mg

2 结果与讨论

2.1 力学性能

从图1可以看出，SEBS和SEBS-g-MAH对PPO／PA66合金力学性能的影响表现为随着弹性体含量的增加，体系的拉伸强度下降，冲击强度上升（富SEBS时的冲击强度除外）。这主要是因为弹性体的模量远低于PPO／PA66合金的，共混之后必然导致合金的拉伸强度下降，且弹性体含量越多，下降幅度越大；冲击强度的提高主要是弹性体对体系增韧的结果。

由图1还可以看出，SEBS增韧体系的性能低于SEBS-g-MAH增韧体系的性能，主要是SEBS-g-MAH中的MAH可以和PA66的端氨基反应，而SEBS-g-MAH中的PS相又和PPO是热力学相容体系，因此弹性体SEBS-g-MAH在合金体系中具有增韧增容双重作用；而SEBS的加入会在合金体系中形成新的相分离界面，当加入量较少时还有一定的弹性体增韧作用，一旦超过一定上限，相分离就会变得非常明显，成为材料的缺陷，致使合金整体力学性能下降，这也是图1（b）中富SEBS时的合金冲击强度下降的主要原因。

2.2 微观形貌

图1 增韧剂含量对PPO／PA66合金力学性能的影响Fig.1 Effect of contents of toughening agent on mechanical properties of PPO／PA66alloy

图2 PPO／PA66合金增韧后冲击断面的SEM照片Fig.2 SEM micrographs for the impact fractures surface of PPO／PA66alloys after toughening

从图2（a）～（j）可以看出，SEBS增韧体系分散相粒径比SEBS-g-MAH增韧体系的大，且粒径分布较宽；与SEBS-g-MAH相比，SEBS增韧体系分散相粒子更接近球形；随着弹性体含量增加，分散相粒径有所减小，当弹性体含量从15份增长到20份时，SEBS-g-MAH增韧的体系发生明显的脆-韧转变，而SEBS增韧体系的微观形貌则表现出疏松无规的结构，这与前面力学性能分析的结果相符。

从图2（k）～（t）可以看出，与SEBS-g-MAH 增韧体系相比，SEBS增韧体系的断面平整，基本没有小粒子分布在上面，而SEBS-g-MAH增韧体系的断面分层，银纹明显，还有大量的小粒子；通过氯仿刻蚀掉分散相后，在放大30000倍时可以看到两相界面的微观形貌，发现相界面呈现高低起伏的峰谷结构，随着弹性体含量的增加，峰谷结构越明显，且在弹性体含量相等时，单位面积上SEBS-g-MAH增韧体系的峰谷数比SEBS增韧体系的多。

SEBS虽然和PPO具有一定的相容性，但和PA66是不相容的，那么体系中加入的SEBS如果进入PPO和PA界面，必然使该界面的黏结强度减弱，这样就会导致合金体系的性能变得很差；而SEBS-g-MAH中的MAH可以和PA66的端基反应，这样就和TGDDM起到协同增容的作用，从而表现出弹性体增韧的效果。

2.3 吸水性

由图3对比发现：随着弹性体增韧剂含量的增加，合金吸水率都逐渐减小，这主要是由于所加增韧剂都没有亲水基团，其含量增加必然导致吸水性较强的PA66比例下降，从而2种合金体系都表现出随增韧剂含量增加，吸水率呈下降的趋势；SEBS增韧体系的吸水率大于SEBS-g-MAH增韧体系的，这主要是SEBS-g-MAH中的MAH能够和PA66的亲水基团-氨基反应，而SEBS不能够消耗体系中的亲水基团，因此SEBS-g-MAH加入后合金体系的吸水率要比相同含量SEBS加入时的吸水率小。

图3 PPO／PA66合金增韧后的吸水率Fig.3 Water absorption of PPO／PA66 alloys after toughening

3 结论

（1）随着增韧剂SEBS和SEBS-g-MAH含量的增加，PPO／PA66合金体系的拉伸强度减小，冲击强度增大（富SEBS时除外）；

（2）SEBS-g-MAH增韧PPO／PA66合金体系的力学性能较好；

（3）SEBS和SEBS-g-MAH 增韧的 PPO／PA66合金的吸水率都随增韧剂含量的增加而减小，且SEBS-g-MAH增韧的PPO／PA66合金体系的吸水率较小。

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