弹性体对苯乙烯—丙烯腈共聚物力学性能影响的研究

2016-11-14徐慧刘树骏李方舟黄兆阁

橡塑技术与装备 2016年2期

关键词：弹性体伸长率熔体

徐慧，刘树骏，李方舟，黄兆阁

（青岛科技大学，山东青岛 266042）

弹性体对苯乙烯—丙烯腈共聚物力学性能影响的研究

徐慧，刘树骏，李方舟，黄兆阁

（青岛科技大学，山东青岛 266042）

采用熔融共混的方法，使用热塑性聚氨酯弹性体（TPU）、乙烯丙烯酸乙酯（EEA）、乙烯—醋酸乙烯共聚物（EVA）和聚烯烃弹性体（POE）对SAN树脂进行填充改性，并对合金的拉伸强度、断裂伸长率、弯曲强度、简支梁缺口冲击强渡、熔体质量流动速率和维卡软化温度进行了研究。结果表明，随着弹性体用量的增加，SAN合金的拉伸强度、弯曲强度和维卡软化温度逐渐降低，断裂伸长率、缺口冲击强度、熔体质量流动速率逐渐升高。使用TPU时，合金的拉伸强度、弯曲强度较其他系列的合金高，使用POE时，合金的增韧效果较好。

苯乙烯—丙烯腈共聚物；热塑性聚氨酯弹性体；乙烯丙烯酸乙酯；乙烯—醋酸乙烯共聚物；聚烯烃弹性体

SAN树脂是苯乙烯（St）和丙烯腈（AN）的共聚物，一般呈微黄色或无色。SAN树脂具有较好的机械强度、耐候性、化学稳定性和耐油性，可以应用在电风扇叶、打火机外壳等制品［1］中。但是它存在脆性大，韧性差的缺点，极大地限制了它的应用。

目前，改善SAN树脂性能的方法主要采用接枝共聚法和机械共混法两种。接枝共聚法颇为成熟，并在ABS、AES、ASAN和AABS等树脂中得到了应用［2］，但它存在着生产工艺复杂、流程长的缺点。相比之下机械共混法操作简便、见效快，可以明显改善SAN树脂韧性差的缺点。

本文通过机械共混的方法，研究了TPU、EVA、EEA、POE四种弹性体对SAN树脂单独增韧的性能影响，以期找到合适的增韧剂，扩大SAN合金的使用范围。

1 实验部分

1.1 实验原料

SAN，80HF，宁波乐金甬兴化工有限公司；TPU，58219，美国路博润公司；POE，7467，美国陶氏公司；EEA，2715，美国陶氏公司；EVA， 14-2，北京东方化工厂。

1.2 实验仪器

恒温鼓风干燥箱，台日机械科技有限公司；双螺杆挤出机，SHJ-20，南京杰恩特机电有限公司；塑料注塑成型机，TTI-130F2，东华机械设备有限公司；电脑伺服拉力实验机，GT-TCS-2000，高铁检测仪器有限公司；简支梁冲击实验机，GT-7045-MDH，高铁科技股份有限公司；熔体质量流动速率测试仪，GT-7100-MI，高铁科技股份有限公司；维卡软化温度实验机，ZWK1302-B，美特斯工业系统（中国）有限公司。

1.3 试样制备

按实验配比称料，TPU、EVA、EEA、POE用量为0.5%、10%、15%、20%，混合后用双螺杆挤出机造粒，一区温度180 ℃，二区温度195 ℃，三区温度205 ℃，四区温度203 ℃，机头温度200 ℃。将挤出的粒料在80 ℃烘箱中干燥4 h。采用注射机制备标准样条，喷嘴温度225 ℃，一区温度230 ℃，二区温度220 ℃，三区温度185 ℃；注射压力5 MPa，保压压力5.5 MPa，保压时间7 s，冷却时间15 s。

1.4 性能测试

拉伸强度，按GB/T 1040.2—2006/1A/20进行；弯曲强度，按GB/T 9341—2008进行，速率2 mm/min；简支梁缺口冲击强度，按GB/T 1043—2008/1eA进行，摆锤冲击能量5 J；熔体质量流动速率，按GB/T 3682—2000进行，实验温度为220 ℃，负荷为10.00 kg；维卡软化温度，按GB/T 1633—2000进行，负荷为10 N，加热速率为120 ℃/h。

2 实验结果

2.1 弹性体用量对SAN合金拉伸强度的影响

从图1可以看出，随着弹性体用量的增加，SAN合金的拉伸强度逐渐降低，使用相同用量的弹性体时，SAN/TPU合金的拉伸强度最高，而加入POE时，SAN合金的拉伸强度下降最明显。这可能是因为TPU与SAN树脂相容性更好，而且TPU中有一定的硬段，使得合金拉伸强度略微下降。

图1 弹性体用量对合金拉伸强度的影响

对于EVA、EEA材料，它们是SAN树脂良好的相容剂［3～4］，可以与SAN形成一定的粘结力，但由于它们强度很低，所以合金的拉伸强度适中。而POE是非极性的材料，在四种弹性体中，与SAN的相容性最差，强度最低，所以当弹性体用量相同时，SAN合金的拉伸强度最低。

2.2 弹性体用量对SAN合金断裂伸长率的影响

从图2可以看出，随着弹性体用量的增大，四种合金的断裂伸长率都呈现先上升后下降的趋势，在弹性体用量为15%时断裂伸长率较高。这可能是因为弹性体的加入，使材料容易屈服，而弹性体用量增大至一定范围时，合金的两相界面的粘结性变差，使得合金抵抗外力变形能力降低。此外，弹性体为POE时，合金的断裂伸长率最高，这是因为四种弹性体中只有POE不含有极性基团，分子间作用力小，能充分发挥出它的增韧效果。

图2 弹性体用量对合金断裂伸长率的影响

2.3 弹性体用量对SAN合金弯曲强度的影响

图3是弹性体用量对SAN合金弯曲强度的影响，可以看出，随着弹性体用量的增加，合金的弯曲强度都有不同程度的降低。其中SAN/POE合金的弯曲强度降低得最多，当POE用量为20%时，合金的弯曲强度为53 MPa，下降了50%，SAN/TPU合金的弯曲强度降低最少，这大体与合金拉伸强度变化的趋势是一致的。

图3 弹性体用量对合金弯曲强度的影响

2.4 弹性体用量对SAN合金简支梁缺口冲击强度的影响

图4 弹性体用量对合金简支梁缺口冲击强度的影响

从图4可以看出，随着弹性体用量的增加，SAN合金的简支梁缺口冲击强度都出现了不同程度的上升，其中，加入POE时合金的冲击强度最高，当POE用量为15%时，合金的缺口冲击强度达到13.1 kJ/m2，较纯料上升了219.5%，而加入TPU时合金的冲击强度上升不明显。

2.5 弹性体用量对SAN合金熔体质量流动速率的影响

图5 弹性体用量对合金熔体质量流动速率的影响

从图5可以看出，随着弹性体用量的增加，合金的熔体质量流动速率都明显增大，其中，TPU用量为20%时，SAN/TPU合金的熔体质量流动速率增大267%，表明合金的流动性明显变好，这主要可能是由于TPU属于线性嵌段共聚物，在测试温度下TPU分子内及分子间形成的氢键被破坏，TPU分子间作用力减小，分子链运动更加容易。而其他弹性体的加入，都可以起到减小合金分子间作用力的效果，使链段运动容易，熔体质量流动速率增大。

2.6 弹性体用量对SAN合金维卡软化温度的影响