PBT/弹性体共混体系相容性及力学性能研究

李 晶

(中国石化仪征化纤有限责任公司，江苏 仪征 211900)

聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)作为一种重要的热塑性聚合物，具有较高的结晶度和结晶速率，加工性能优异，广泛应用在汽车、电子、电器、纺织等行业。但纯PBT具有在室温下冲击韧性较差，缺口敏感性大等缺陷，限制了其进一步推广和应用[1-3]。将弹性体与PBT通过进行共混来改善其抗冲击性能是目前广泛采用的改性方法。常采用官能化的三元乙丙橡胶(EPDM)、乙丙橡胶(EPR)、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)、乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)、热塑性聚酯弹性体(TPEE)等弹性体来增韧PBT，不同的弹性体增韧效果各不相同[4-7]。

共混改性中共混物质各个组分之间的良好相容性是至关重要的。目前已有很多试验方法表征共混物的相容性，如扫描电镜法、平衡熔点法或旋转流变法[8]。作者利用双螺杆挤出机制备了不同配比的PBT/SBS接枝马来酸酐弹性体(SBS-g-MAH)和PBT/ TPEE共混物，通过对两种不同类型的弹性体共混体的微观形貌、平衡熔及力学性能进行研究，探讨了共混体系的相容性及加工性能，为增韧PBT产品开发和加工提供依据。

1 实验

1.1 主要原料

PBT：纤维级，中国石化仪征化纤有限责任公司产；TPEE：牌号TX359，中国石化仪征化纤有限责任公司产；SBS-g-MAH：工业级，美国科腾公司产。

1.2 仪器与设备

TSE系列双螺杆挤出机：南京瑞亚挤出机械制造有限公司制；Nova NamoSEM 450扫描电子显微镜(SEM)：美国FEI公司制；DSC-7差式扫描量热仪：美国Perkin-Elmer公司制；E44.304万能材料试验机：英国LLYOD公司制；501 J-3摆锤冲击仪：深圳万测试验设备有限公司制；ZK-82B电热真空烘箱：上海实验仪器厂制；GDW/SH080恒温恒湿箱：上海实验环境试验设备厂制。

1.3 试样的制备

将一定比例的PBT和SBS-g-MAH弹性体、PBT和TPEE弹性体分别混合均匀后，通过喂料器加入到设定温度的双螺杆挤出机中，经塑化、捏合、输送、挤出、在水槽中冷却后切粒得到粒料。双螺杆挤出机各段温度依次为 220，220，230，250，250，250，250，250，250，250 ℃，螺杆转速为120 r/min。其中，SBS-g-MAH质量分数为5%、10%、15%、20%的PBT/SBS-g-MAH试样分别标记为S-5、S-10、S-15、S-20；TPEE质量分数为5%、10%、15%、20%的PBT/TPEE试样分别标记为T-5、T-10、T-15、T-20。

1.4 分析与测试

SEM：试样经液氮冷却截断，在导电胶上喷金处理后，采用扫描电子显微镜在2.0 kV加速电压下，放大5 000倍观察试样的微观形貌。

力学性能:首先将试样粒料经110 ℃干燥4～6 h后，在注塑机中注塑成标准样条(注塑机各段温度依次为250,250,240 ℃，压力50 Pa，模温30 ℃)；然后将注塑样条置于恒温恒湿箱中，在23 ℃和(50±10)%相对湿度条件下放置16 h以上。采用万能材料试验机按照GB/T 1040—2006《塑料 拉伸性能的测定》测试样条拉伸强度(拉伸速度为50 mm/min)，按照GB/T 9341—2000《塑料弯曲性能试验方法》测试样条弯曲强度；采用摆锤冲击仪按照GB/T 1843—2008《塑料 悬臂梁冲击强度的测定》测试样条的冲击强度。

2 结果与讨论

2.1 表面形貌

从图1可以看出：SBS-g-MAH弹性体在PBT基体中呈微球结构两者形成“海-岛”结构，且弹性体微球呈均匀网络分布[9]；随着SBS-g-MAH弹性体含量增加，微球尺寸逐渐增大，大尺寸微球在加工过程中容易产生破裂而使界面结合力变差，当SBS-g-MAH质量分数超过10%时，微球和PBT基体界面出现粒子脱落的痕迹，出现明显的相分离。

图1 PBT/SBS-g-MAH试样的SEM照片Fig.1 SEM images of PBT/SBS-g-MAH samples

从图2可以看出：随着TPEE弹性体含量的增加，试样的表面越来越粗糙，但是未出现明显的相分离；共混试样中TPEE弹性体在PBT中分散均匀，微观形貌未出现明显的相分离现象，两者的相容性优异。

图2 PBT/TPEE试样的SEM照片Fig.2 SEM images of PBT/TPEE samples

2.2 T0m

(1)

式中：γ*为Tc下的片晶增厚因子。

表1 不同Tc下PBT/SBS-g-MAH试样的Tm与T0mTab.1 Tm and T0m of PBT/SBS-g-MAH samples at different Tc

表2 不同Tc下PBT/TPEE试样的Tm与T0mTab.2 Tm and T0m of PBT/TPEE samples at different Tc

2.3 力学性能

从表3可以看出：添加弹性体可在一定程度上提高PBT的无缺口(缺口)冲击强度；进行无缺口冲击时，加入SBS-g-MAH弹性体和TPEE弹性体的增韧效果相当，弹性体添加质量分数达到15%时，试样部分断裂，达到20%时，试样未断裂；进行缺口冲击时，SBS-g-MAH弹性体的增韧效果优于TPEE弹性体。

表3 试样的缺口和无缺口冲击强度Tab.3 Notched and notchless impact strength of samples

不同弹性体含量PBT试样的强度见图3。

图3 试样的拉伸强度和弯曲强度Fig.3 Tensile strength and bending strength of samples■—PBT/SBS-g-MAH;●—PBT/TPEE

从图3可以看出：共混物的拉伸强度和弯曲强度随弹性体含量增加而降低；当弹性体质量分数大于5%时，PBT/SBS-g-MAH共混物的拉伸强度略低于PBT/TPEE共混物，结合试样的SEM分析可知，这与此时SBS-g-MAH弹性体大尺寸微球与PBT基体相分离程度加重的结果一致；而PBT/SBS-g-MAH共混物的弯曲强度略高于PBT/TPEE共混物，这是因为TPEE弹性体在PBT基体中分布更加均匀，对材料弯曲强度的影响更大。

3 结论

a.SBS-g-MAH弹性体以微米级微球的形式均匀分布在PBT基体中，两者形成“海-岛”结构，随着SBS-g-MAH弹性体含量增加，微球尺寸逐渐增大，当SBS-g-MAH质量分数超过10%时，出现明显的相分离。

b.随着TPEE弹性体含量的增加，PBT/TPEE共混物的表面粗糙度增加，TPEE弹性体在PBT中分散均匀，微观形貌未出现明显的相分离现象，两者的相容性优异。

d.添加弹性体后可在一定程度上提高PBT的无缺口(缺口)冲击强度；进行无缺口冲击时， SBS-g-MAH弹性体和TPEE弹性体增韧PBT的效果相当；进行缺口冲击时，SBS-g-MAH弹性体的增韧效果优于TPEE弹性体。

e.PBT/弹性体共混物的拉伸强度和弯曲强度随弹性体含量增加而降低；当弹性体质量分数大于5%时，PBT/SBS-g-MAH共混物的拉伸强度略低于PBT/TPEE共混物， PBT/SBS-g-MAH共混物的弯曲强度略高于PBT/TPEE共混物。