纳米二氧化硅、聚氨酯弹性体增韧改性聚苯硫醚

张群安 杜朝军 汪世龙

摘 要：经表面处理后的纳米二氧化硅、聚氨酯弹性体、聚苯硫醚在双螺杆挤出机中进行熔融挤出，而后制备出标准样条，测得其力学性能，结果显示：PU对于体系的韧性提高起主要作用，而纳米二氧化硅在保持体系韧性的前提下，对于提高体系的强度所起作用更大一些；纳米二氧化硅在含量为3%时，PU含量范围在5%时，复合材料的综合性能较好。

关键词：聚苯硫醚；纳米二氧化硅；聚氨酯弹性体；增韧改性

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.24.018

1 概述

无机纳米刚性微粒是近几年逐步成为研究热点的新兴材料。由于纳米粒子尺寸小、比表面大，表面能很高，其表面的原子所占比例大、活性高。

2 实验部分

2.1 原料

聚苯硫醚（简称PPS）粒料，外观棕色透明，内乡县乌克生物化学制品有限公司提供；PU：杜邦Dow弹性体公司；其它各类试剂及助剂，均为市售。

2.2 试样制备

实验设计聚氨酯（简称PU）弹性体加入量三个水平：3%，5%，10%；加纳米SiO2三个水平：3%，5%，10%；将PU、PPS及处理后的纳米SiO2按表1的配方比例在高速混合机（SHR-10A型）内与助剂混合10min。然后经双螺杆挤出机熔融，挤出造粒，样品干燥后在注塑机上注射成标准样条。

2.3 样品的分析与测试

冲击性能：按GB/Tl843-80测试；拉伸性能：用深圳新三思电子拉力机（4045型）按GB/T1040-1992，GB/T1042-79测试，拉伸速度为50mm/min；彎曲性能：由日本岛津公司出产的AG-10TA按GBl039-79测试。

3 结果与讨论

3.1 PU对复合材料性能的影响

从表1可以看出，对于纳米二氧化硅含量为3%二元体系，添加第三组分PU后，比较序号为2、8、15、13的样条，其冲击强度提高特别明显，其含量与体系的冲击强度近乎呈线性关系，当PU含量为10%时，体系的冲击强度为85.70KJ/m2，对于PPS/nano-SiO2两相体系，其冲击强度为69.59KJ/m2，提高了约23%。

从表1还可以看出，添加少量PU对复合材料的弯曲强度影响不大，随PU含量的不断增加，拉伸强度和弹性模量则下降。

3.2 纳米SiO2对复合材料性能的影响

对于PPS/PU/纳米SiO2增韧体系，冲击强度是表征其性能的重要指标，由表1可以看出，对于PU含量为3%和10%的复合体系，随着纳米SiO2含量的增加，复合体系的冲击强度不断降低，这是因为随着纳米SiO2含量的增加，分散在基体中的刚性粒子数目越来越多，导致材料的脆性增加，韧性降低。

3.3 纳米SiO2与弹性体PU对PPS的协同增韧作用

综合分析数据以后，认为PU对于体系的增韧贡献较大，而纳米SiO2在保持体系韧性的前提下，对于提高体系的强度所起作用更大一些。为此，我们将纳米SiO2的含量确定为3%，将PU的含量设为3%、5%、10%对比其性能。

4 结论

（1）PPS/PU/ nano-SiO2三元共混体系中的纳米SiO2和PU对基体PPS的刚性和韧性均有显著的改变。通常PU对于体系的增韧贡献更大，而纳米SiO2在保持体系韧性的前提下，对于提高体系的强度贡献更大一些。

（2）综合PU及纳米SiO2对复合体系的冲击强度、拉伸强度等的影响来看，纳米SiO2含量为3%、PU含量为5%时，复合材料的综合性能较好，存在一个最佳值。

（3）PU与纳米SiO2粒子对PPS基体起到协同增韧作用。由于PU与纳米SiO2粒子形成核-壳结构，一方面提高了纳米SiO2粒子与基体的界面结合，同时也增大了弹性体PU在复合材料中的有效体积，相当于增加了弹性体的含量。

参考文献：

[1]陈广玲，杨杰，肖炜等.聚苯硫醚结构功能一体化纳米复合材料的研制[J].功能材料，2004（35）：799-802.

[2]郭刚，于杰，罗筑等.纳米SiO2粒子与聚烯烃弹性体协同改性聚丙烯的研究[J].现代化工，2004，24（07）：40-43.

作者简介：张群安（1966-），男，河南新野人，硕士，副教授，研究方向：高分子材料、环保。