PP/PS 形態(tài)與性能的研究

黃源璐，楊 斌

（廣西壯族自治區(qū)產(chǎn)品質(zhì)量檢驗研究院，廣西，南寧 530033）

聚苯乙烯（PS）具有高硬度、低收縮、熱成型好和印刷性優(yōu)良的優(yōu)點，但是其耐候性較差，容易開裂，而且韌性和耐溶劑性也不理想。聚丙烯（PP）作為常見的通用塑料用途及其廣泛，而且力學(xué)性能優(yōu)異，電絕緣性和耐化學(xué)藥品性良好，但是它還是具有成型收縮率大、硬度低、易老化、熱成型能力差的缺點。為了克服上述兩種材料的缺點，人們將PS、PP 進行共混改性，從而得到性能優(yōu)良的復(fù)合材料[1]。根據(jù)研究發(fā)現(xiàn)PP 與PS 是典型的不相容體系[2-3]，為了使二者有效共混，需要采取措施降低二相間表面張力，改善二者相容性。

Diaz 等[4]制備了聚丙烯與苯乙烯接枝共聚物，通過原位增容提高PP/PS 合金的力學(xué)性能；Halimatudahliana 等[5-6]研究SEBS、乙烯/乙酸乙烯共聚物（EVA）和沙林對PP/PS 合金力學(xué)性能和微觀形態(tài)的影響；Macaubas 等[7]研究SEBS 和苯乙烯－丁二烯－苯乙烯共聚物（SBS）對PP/PS 合金的影響；游長江、沈勇等[8-9]研究SBS 和苯乙烯－乙烯/丙烯二嵌段共聚物（SEP）對PP/PS 合金的增容影響。本文以SEBS、Surlyn 和PP-g-PS 作為相容劑，研究三種材料對PP/PS 合金流動性能、力學(xué)性能和微觀形態(tài)的影響。

1 實驗部分

1.1 原材料

PS，666D，北京燕山石化；PP，T30S，北京燕山石化；SEBS 1（YH502，線形），SEBS 2（YH602，星形），巴陵石化；苯乙烯（St），分析純，天津化學(xué)試劑廠；Surlyn，1705，日本三井·杜邦；過氧化二異丙苯（DCP），化學(xué)純，上海化學(xué)試劑公司。

1.2 設(shè)備及儀器

雙螺桿擠出機，TSSJ-25，晨光化工塑料機械研究所；轉(zhuǎn)矩流變儀，XSS-300，上海輕機模具廠；萬能材料實驗機，INSTRON 4302，美國Instron 公司；注塑機，PS40E5ASE，日本日精株式會社；熔體流動速率儀，XNR-400，承德市試驗機廠；懸臂梁沖擊實驗機，UJ-40，承德市試驗機廠；掃描電子顯微鏡（SEM），JSM-5900LV，日本JEOL 公司。

1.3 PP/PS 的制備

制備PP-g-PS：將PP、St 和引發(fā)劑DCP 按一定比例加入到轉(zhuǎn)矩流變儀中，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速30 r/min，溫度200℃，時間30 min。

制備PP/PS：將PP、PS 和相容劑按照配方混合配料，然后利用雙螺桿擠出機混合擠出并造粒。雙螺桿擠出機的加料速度為15 r/min，轉(zhuǎn)速110 r/min，機筒各段溫度分別為170 ℃，180 ℃，190 ℃，200 ℃，200 ℃；機頭溫度190 ℃。然后利用注塑機將粒料注射制成標(biāo)準(zhǔn)樣條。注射溫度分別為220 ℃，220 ℃，200 ℃，180 ℃。

1.4 性能測試

沖擊強度按標(biāo)準(zhǔn)GB/T1843-1996 進行測試；拉伸強度按標(biāo)準(zhǔn)GB/T1040-1992 進行測試；熔體流動速率按標(biāo)準(zhǔn)GB/T 3682-83 進行測定，條件為負荷2.16 kg，溫度230 ℃；SEM 測試：將試樣置于液氮中冷卻15 min，然后淬斷，表面噴金處理，用掃描電子顯微鏡觀察斷面的形貌。

2 結(jié)果與討論

2.1 相容劑用量對PP/PS 流動性能的影響

圖1 表示PP/PS 合金熔體流動速率與相容劑含量的關(guān)系曲線。該實驗設(shè)計的PP 與PS 的質(zhì)量配比為80:20。從該圖可以發(fā)現(xiàn)，PP/PS 的熔體流動速率隨著SEBS 和Surlyn 質(zhì)量分數(shù)的增加而下降。其中加入SEBS 后，PP/PS 熔體流動速率線性下降；而添加Surlyn 的PP/PS 合金中，Surlyn 在質(zhì)量分數(shù)小于10%時，熔體流動速率下降明顯，而當(dāng)質(zhì)量分數(shù)大于10%時下降平緩，流動性變得更好。當(dāng)添加PP-g-PS 的質(zhì)量分數(shù)達到10%時，熔體流動速率有所提高，但不明顯，當(dāng)質(zhì)量分數(shù)提高到30%時，熔體流動速率明顯提高至41.3 g/10 min，主要原因是在制備PP/PS 過程中發(fā)生烷基自由基歧化反應(yīng)，導(dǎo)致部分PP 分子鏈斷裂，從而使PP分子量分布變窄并提高熔體流動速率[10-11]。

圖1 相容劑用量對PP/PS 熔體流動速率的影響Fig.1 Effects of compatibilizer content on MFR of PP/PS

2.2 相容劑對PP/PS 力學(xué)性能的影響

圖2 表示SEBS、PP-g-PS 和Surlyn 對PP/PS拉伸強度的影響。如圖可見，SEBS 的加入使PP/PS 拉伸強度下降明顯；加入Surlyn 后PP/PS 拉伸強度有一定下降，當(dāng)Surlyn 添加量為30%時，拉伸強度下降至23.91 MPa；PP-g-PS 的加入使PP/PS 拉伸強度有所提高，當(dāng)PP-g-PS 添加量為30%時，PP/PS 拉伸強度達到29.16 MPa。

圖2 相容劑用量對PP/PS 拉伸強度的影響Fig.2 Effects of compatibilizer content on tensile strength of PP/PS

圖3 相容劑用量對PP/PS 沖擊強度的影響Fig.3 Effects of compatibilizer content on impact strength of PP/PS

圖3 表示SEBS、PP-g-PS 和Surlyn 對PP/PS沖擊強度的影響。兩種型號的SEBS1 和SEBS2 對PP/PS 沖擊強度的影響基本相同，都隨著SEBS 含量的增加，其沖擊強度明顯提高，其中當(dāng)SEBS 用量超過20%時，合金的沖擊強度提高明顯，韌性明顯改善；但是PP-g-PS 和Surlyn 的加入對PP/PS 的沖擊強度無明顯影響，不能提高PP/PS 的沖擊強度。

2.3 相容劑對PP/PS 形態(tài)的影響

圖4 表示的是加入相容劑前后PP/PS 合金的SEM 圖。從圖4（a）可以明顯發(fā)現(xiàn)，未加相容劑時，PS 在PP 連續(xù)相中分布不規(guī)則，兩相之間存在清晰的界面。這是由于PS 在螺桿強烈的剪切作用下被強制分散到連續(xù)相中去，但是由于二者相容性差，粘合能力極差，PS 粒子在分散相中容易聚集，層與層之間出現(xiàn)裂縫，相界面處出現(xiàn)小空隙，從圖中還可以看到典型的“洋蔥”式層狀結(jié)構(gòu)，這說明PP 與PS 相容性很差。一般認為這是由于熔融混合的物理作用只會使兩種大分子在界面處輕微擴散，外力不能有效穿過界面層，導(dǎo)致體系受力不均誘發(fā)應(yīng)力集中，從而使兩相分離，形成空洞。此外PP 與PS 收縮率不同也會導(dǎo)致空洞產(chǎn)生[2-3]。

從圖4（b）可以看出，SEBS 的加入使PS 分散相粒子明顯減少，PP 與PS 界面變得比較模糊，兩相結(jié)合緊密，無空洞產(chǎn)生，說明SEBS 增容作用明顯。而圖4（c）中，添加PP-g-PS 后，效果同樣明顯，PP 與PS 相界面變得模糊，相間未出現(xiàn)空洞和縫隙，而且分散相顆粒尺寸變小，從而說明PP-g-PS 對PP/PS 合金也具有優(yōu)良的增容效果。一般認為，PP-g-PS 在熔融過程中不斷向PP 和PS 的兩相界面處遷移，并形成PP-g-PS 的界面層，從而降低兩相間界面張力，利于共混過程中的相分散，并減少分散相粒子的團聚，使分散相顆粒尺寸減小[1]。從圖4（d）中發(fā)現(xiàn)添加Surlyn 后，PP/PS中分散相均勻，且分散相顆粒粒徑變小，但是分散相數(shù)量明顯增多，可能是由于Surlyn 在PP/PS合金中也以分散相的形式存在，從而形成多相結(jié)構(gòu)；此外還可以明顯看到兩相之間存在較多的空洞，這也說明Surlyn 沒有增容效果，反而導(dǎo)致PP/PS 的力學(xué)性能下降[5-6]。

圖4 相容劑對PP/PS 形態(tài)的影響Fig4 Effects of compatibilizer on morphology of PP/PS

3 結(jié)論

綜上所述，SEBS 和PP-g-PS 均能有效提高PP/PS 合金的相容性，并提高力學(xué)性能。其中SEBS 明顯改善PP/PS 的沖擊性能，但拉伸強度有所下降，而PP-g-PS 的加入能提高PP/PS 的拉伸強度，但對沖擊強度影響不大。Surlyn 的加入使PP/PS 力學(xué)性能有所下降，不能起到明顯增容作用。

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