PPO/PBT合金性能的研究

2019-12-04雷祖碧王飞王浩江马玫刘煜谭卓华敖晓娟杨育农

塑料助剂 2019年5期

雷祖碧王飞王浩江马玫刘煜谭卓华敖晓娟杨育农

（广州合成材料研究院有限公司，广州，510665）

PPO是五大工程塑料之一，具有刚性大、耐热性高，电性能优良等特点。介电常数和介电损耗在工程塑料是最小的品种之一，几乎不受温度湿度的影响。PPO树脂的分子结构决定了该种工程塑料具有良好的热力学性能，在-50～150℃之间长期使用，高温下的热蠕变性是所有热塑性工程材料中最优的。但聚苯醚耐溶剂性差，制品容易产生应力开裂，缺口冲击强度低，原料价格昂贵，致命弱点是玻璃化温度高，高达210℃，熔体粘度很大，流动性差，造成加工成型困难,因此很少单独使用，更多的是通过合金化改性后再使用[1-4]。而未经改性的PBT,虽然具有良好的综合性能，但仍存在一些不足：容易水解，不能长期经受热水作用；制品容易产生各向异性；会发生成型收缩而翘曲。本文通过自制的相容剂对PPO/PBT进行共混改性，赋予合金良好的加工性能，具有优异的性价比。

1 实验部分

1.1主要原料

聚苯醚，粘度由低到高分别为①LXR035、②LXR040、③LXR045、④LXR053等四种型号的PPO树脂，南通星辰合成材料有限公司芮城分公司；聚对苯二甲酯丁二醇酯，型号PBT1100，南通星辰合成材料有限公司；相容剂，G1、G2，自制；增韧剂POE，型号8200，陶氏公司；其他助剂，市售。

1.2 主要仪器及设备

同向双螺杆挤出机，TDS-65，南京诺达高聚物装备有限公司；注塑机，BT-80V-I，广州创博有限公司；拉伸试验机，H10KS万能材料拉试验机（电子），英国HOUNSFIED公司；复合式冲击试验机，XJF-5.5，承德市金建检测仪器有限公司；电热鼓风干燥箱，JC101型，上海成顺仪器仪表有限公司；立式压力蒸汽灭菌器，LS-B35L-Ⅱ型，江阴滨江医疗设备有限公司,热老化烘箱，401A型，广州市昌胜隆仪器仪表有限公司。熔体流动速率仪，XNR-400B，承德市金建检测仪器有限公司。

1.3 试验流程

将PPO、PBT原材料及其他添加剂上高混机混配，经双螺杆挤出造粒，在110℃的烘箱中干燥4 h后用注塑机注塑制样，测试。挤出温度250～260℃。注塑温度260～270℃，注塑时间15 s，保压时间5 s，冷却时间10 s。

1.4 性能测试与表征

拉伸试验按GB/T1040-2006标准，拉伸速率10 mm/min；悬臂梁缺口冲击试验按GB/T1843-2008标准；弯曲强度试验按GB/T9341-2008标准。熔融指数测试按GB/T3682.1-2018标准。

2 结果与讨论

2.1聚苯醚与PBT共聚物合金

把不同型号的PPO树脂分别与PBT树脂按比例共混，并添加适当的抗氧剂、润滑剂等加工助剂，通过双螺杆机挤出造粒，检测物理机械性能。基础配方：PPO为50份，PBT为50份，抗氧剂245为0.2份，硅酮粉为0.4份，结果于表1。

表1 PPO/PBT合金的性能Tab.1 Properties of PPO/PBT alloy samples

PBT与PPO的共混物与纯PBT比较，冲击强度和弯曲强度下降了很多，这是由于PPO是无定形聚合物，而PBT是结晶型热塑性聚合物，两种的相容性较差，未添加相容剂导致聚合物合金的性能很差，需添加合适的相容剂来改善两者的聚合。综合看来，4种粘度不同聚苯醚所制得的PPO/PBT合金性能有所不同，随着PPO粘度的增加，所制得的合金力学性能有下降的趋势，表中可知粘度最小的PPO与PBT的合金聚合物的冲击强度和拉伸强度更高，熔体的熔融指数较大，加工性能也更好。

2.2 相容剂对PPO/PBT合金性能的影响

选用LXR035的PPO树脂与PBT树脂组合不同的配比，添加抗氧剂245、润滑剂硅酮、自制的相容剂G1、G2以及POE增韧剂上机挤出造粒,制备出不同性能共聚物，注塑标样，实验结果于表2。

表2可知，相容剂有效地改善了PPO/PBT合金体系的冲击性能。与增韧剂不同的是相容剂在明显提高冲击强度的同时还提高了体系的拉伸强度与弯曲强度。这说明相容剂使PPO/PBT共聚物界面粘结力提高，体系相容性改善。而增韧剂的加入虽提高了冲击性能，但合金的拉伸性能和弯曲性能同时下降，这是由于增韧剂的弹性模量要比PPO和PBT的低，PPO/PBT合金的拉伸强度比未加增韧剂时下降27%，弯曲强度则下降了29%。当相容剂G2添加量从6%增加到8%时，合金力学性能提高效果不明显，因此在产品加工制备时，可根据客户的具体要求选择添加以达到最优性价比。

2.3 PPO/PBT合金的不同老化性能

比较不同抗氧剂对合金的抗老化效能，基础配方：PBT为64份，PPO为30份，相容剂G2为6份，硅酮粉0.4份；其中10#配方添加0.2份抗氧剂1098、0.2份抗氧剂168；11#配方添加0.2份抗氧剂S9228上双螺杆机挤出造粒，制备标样分别投入热老化试验箱和医用高温蒸煮灭菌器进行老化试验。设定老化试验箱温度为120℃；高温蒸煮灭菌器试验温度为120℃、相对湿度100%试验条件，168 h后取出样品进行测试，结果于表3。

表2 相容剂对PPO/PBT性能的影响Tab.2 Effect of compatibilizers on the properties of PPO/PBT alloy samples

表3 PPO/PBT合金的不同老化性能Tab.3 Properties of PPO/PBT alloy samples under different aging conditions

在热老化烘箱经过一周的热老化，纯PBT树脂及PPO/PBT合金材料的力学性能均不同程度下降。相比而言，抗氧剂S9228体系的合金材料耐热氧老化性能显著，老化后综合力学性能保持在97%以上，可以抵御120℃×168 h的热老化作用，这是因为抗氧剂S9228熔点高达225℃，相对分子质量也是在亚磷酸酯类抗氧剂中最高，具有很好的热稳定性，抗氧剂S9228与PPO有很好的相容性，体现了较好的高温降解保护作用。但在相对湿度100%的120℃高温湿热环境下老化试验，合金的性能却大幅度下降，降幅在50%左右，高温高湿加剧了合金材料的老化。而纯PBT树脂，经过168 h湿热老化试验后样品完全粉化，这表明PPO/PBT合金材料具有一定的抗热水解作用，主要是由于PPO具有不水解，耐水解的特性，后续将针对该特性进一步研究合金的抗水解效能，提升该合金材料的附加值。