彈性體合金材料的制備及性能研究

何承楓

（福建晟揚(yáng)管道科技有限公司，福清350314）

1 合金材料的改性

用于增加PET 的材質(zhì)，通常有玻璃鋼、碳纖維和有層狀、針狀、棒狀構(gòu)造的無機(jī)填充物、金屬纖維、氧化物晶須等，其中最廣泛應(yīng)用的材料是玻璃鋼和碳纖維[1]。

玻璃鋼強(qiáng)化或PET 玻璃鋼強(qiáng)化，是將熱塑性樹脂改性而成為建筑塑料制品應(yīng)用的一種方法。我國的帝人企業(yè)在1966 年第一次研制并開發(fā)出了用玻璃纖維強(qiáng)化的PET 基工程塑料，此后，美國杜邦公司和英國Eastman 企業(yè)從上世紀(jì)七十年代也開始進(jìn)行了玻纖強(qiáng)化PET 方面的研發(fā)，并獲得了巨大成功。ModeRnplastics 也報道了一款產(chǎn)品為imPEThi430r 的高溫抗沖PET，其證明在-20℃的溫度下，Izod 缺口沖擊強(qiáng)度仍能夠超過8.8kJ/m2。這些高抗沖型PET 中，包含約百分之十五的玻璃纖維，這種產(chǎn)品尤其適合于生產(chǎn)汽車部件和儀表設(shè)備，現(xiàn)在已經(jīng)受到了人們的很大興趣。

Honeywell 塑膠有限公司已經(jīng)研發(fā)出了具備抗疲勞強(qiáng)度高和表層外形好的玻纖增強(qiáng)型PET-Petra，其疲勞強(qiáng)度比其他種類的玻纖增強(qiáng)聚酯制品可達(dá)10～50 倍，尤其適合于制作塑模桌椅和扶手，并且不需要再經(jīng)過噴涂處理。中山學(xué)院安軍教授等人深入研究了玻纖增強(qiáng)聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET）的界面結(jié)構(gòu)狀況和力學(xué)特征等，并剖析了玻璃化纖表面處理劑對PET 及其界面結(jié)構(gòu)粘接效果的影響?？茖W(xué)研究結(jié)果顯示，用偶聯(lián)劑經(jīng)過表層加工后的玻璃化纖對PET 樹脂具有較明確的強(qiáng)化效果，可明顯提高PET 的力學(xué)和界面結(jié)構(gòu)粘接強(qiáng)度。中科院歐玉春等將25～35 份經(jīng)表面處理劑加工過的玻璃鋼材料與60～65 份PET 進(jìn)行共混合，得到的材料的撞擊硬度達(dá)到了85.8KJ/m2[2]。

2 合金材料的制備及性能研究

2.1 實(shí)驗(yàn)部分

2.1.1 主要原料與試劑

PET∶遠(yuǎn)東工業(yè)（上海）有限公司，牌號CB651，吹瓶級。-MA-∶沈陽科通塑膠技術(shù)公司，產(chǎn)品牌號KT-22，接枝度百分之零點(diǎn)八、六氟異丙醇（HFIP）∶工業(yè)純級，上海市吉清氟建筑材料公司。甲苯∶工業(yè)分析純級，由北京化廠內(nèi)的甲醇∶工業(yè)純級交聯(lián)劑C∶實(shí)驗(yàn)室自制。

2.1.2 試樣的制取過程與輻照

應(yīng)用前，必須預(yù)先做好PET 和E-MA-GMA 干燥處理。將干燥工藝加工后的PET 和E-MA-GMA 按質(zhì)量比例與標(biāo)準(zhǔn)PET/E-MA-GMA（95/5,90/10,85/15,80/20）攪拌均勻并依次添加約0、0.5、1.3、5wt%的交聯(lián)劑C 再攪拌均勻，隨后將不同比例的混合液在雙螺桿擠出機(jī)中熔融后共混合擠壓造粒，一至七區(qū)的溫度依次為220、240、250、250、265、265、260℃，機(jī)頭溫度控制為250℃，機(jī)轉(zhuǎn)速在12Hz 以下。

擠壓的粒料經(jīng)晾干后用注塑機(jī)成形拉長、彎曲試模，注塑機(jī)三區(qū)溫度控制為260、260、260℃。把設(shè)計好的試樣置于裝滿氮以的聚乙烯袋內(nèi)，在雙層氮以環(huán)境下，放入劑量率為3.9Gy/s 的Co-60 源進(jìn)行照射,吸收劑量為5、10、30、70、100kGy。

2.1.3 樣品性能表征

（1）力學(xué)性能表征

拉伸試樣選用注射成形的標(biāo)準(zhǔn)試樣，正常溫度下，最大加載速度為50mm/min，按GB/1040.2-2006 標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行試驗(yàn)。每一條件下選取五個試樣，并取得平均值。

撞擊測試樣本由經(jīng)注射成形的彎曲試模裁制而成，規(guī)格為×3.4mm，在室溫條件，試樣開單邊缺口后，按GB/T1843-1996 執(zhí)行懸臂梁沖擊測試，每一條件同時選取了五個試樣，取得平均值。

（2）凝膠含量測定

取質(zhì)量約為0.3g 的試樣，先用濾紙片包覆，然后再用鎳網(wǎng)包覆后，置于索氏抽提器中，以六氟異丙醇為主要溶液，于85℃下，回流約24 小時；取出用酒精洗凈后，將樣品置于燒杯中，換用甲基乙烯為主要溶劑，于100℃下抽提約30 小時；取出再用酒精洗凈后，再在索氏抽提器中用六氟異丙醇，在85℃下回流抽提24 小時。抽提完畢后，先將試樣用酒精溶液沖洗一遍，再放入鼓風(fēng)干燥箱中烘至恒重狀態(tài)。

（3）掃描電鏡測試

將沖擊測試后的試樣截面切下，用SEM觀測截面的微觀形狀，在觀測前，截面都要先經(jīng)噴金處理。

（4）動態(tài)力學(xué)性能測試

純E-MA-GMA 的DMA 試樣，以一mm 模具模壓成形試塊經(jīng)裁量而成，規(guī)格約為×，測試要求為高頻10Hz，上升速率約為3×/min 為宜，測試環(huán)境溫度區(qū)域約為—100℃50～純的PET 及復(fù)合材料的DMA 試模有由注塑成形的彎曲試樣裁磨后制成，尺寸為30mm×10mm×1.2～1.5mm。實(shí)驗(yàn)要求∶頻率為10Hz，上升速率3℃/min為宜。純PET 的檢測溫度范圍為30～120℃，而其他復(fù)合樣品的檢測溫度范圍均為—70～100℃。

2.2 某彈性體合金材料的制備方法和性能測試

2.2.1 某彈性體合金材料的制備方法

第一步，需要根據(jù)材料配方中各原料的重量份數(shù)稱取乙烯- 辛烯嵌段共聚物67 份、乙烯- 辛烯的共聚物27 份、納米級二氧化硅2 份、分散劑0.4 份、潤滑劑0.2份、抗氧劑0.4 份置于攪拌機(jī)中，在常溫下攪拌5-8min混合均勻；所述乙烯- 辛烯嵌段共聚物的分子量在20萬以上；所述潤滑劑為硬脂酸鈣；所述分散劑為脂肪酸酰胺類化合物；所述抗氧化劑為抗氧化劑1010 和抗氧化劑168 按重量份比2：1 混合而成，而攪拌速度為攪拌轉(zhuǎn)速為1000r/min。第二步，需要將第一步中的材料混合后的原料轉(zhuǎn)移至雙螺桿造粒機(jī)中加熱至熔融狀態(tài)，其加熱溫度為180-230℃，再向其中加入配方中所述重量份的二甲基硅油3 份混合均勻，擠出造粒，得到所述的彈性體合金材料母粒，二甲基硅油的分子量在15 萬以上。第三步，則需要將第二部中得到的彈性體合金材料母粒置于擠出機(jī)中，通過擠出機(jī)擠出成型得到所述的彈性體合金材料。

2.2.2 某彈性體合金材料的性能測試

對采用上述制備方法制備得到的合金材料進(jìn)行性能測試，結(jié)果如表1：

表1 性能測試

從表1 可以看出，本發(fā)明的彈性體合金材料具有優(yōu)異的抗磨耗性能，流動性好，適用于各種通用擠出機(jī)。與聚乙烯、聚丙烯等管道料的相容性好，擠出速度匹配，適用于雙層或多層共擠，具有優(yōu)良的物理機(jī)械性能，衛(wèi)生安全，不含任何有毒有害添加劑，符合相關(guān)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。以本發(fā)明的彈性體合金材料為內(nèi)層與高密度聚乙烯（HDPE）共擠出成型的復(fù)合管道既保持了HDPE 管的易加工性和優(yōu)良的物理機(jī)械性能，又具有很好的耐磨性能。這種管道的問世為耐磨管道行業(yè)提供了一種高性價比的新選擇。

2.3 結(jié)果與討論

在95/5 系統(tǒng)中，除交聯(lián)劑濃度為5wt%時，其余所有交聯(lián)劑濃度的沖擊強(qiáng)度值均是隨低吸入劑量濃度的增大而先提高后逐漸下降趨向平穩(wěn)值，在低吸入劑量濃度時的強(qiáng)度差值也很大。總體來說，當(dāng)交聯(lián)劑濃度為零點(diǎn)5wt%時，沖擊強(qiáng)度值差很大。在90/10 系統(tǒng)中，當(dāng)交聯(lián)劑濃度為零點(diǎn)5wt%的，沖擊強(qiáng)度值差較其他交聯(lián)劑濃度的要大，隨吸入劑量濃度的提高而左右浮動，在5kGy 和70kGy 時會有極差值。交聯(lián)劑濃度lwt%時，沖擊強(qiáng)度在低的吸入藥量時在高交聯(lián)劑零點(diǎn)5wt%以下，在其他的交聯(lián)劑濃度上，隨著吸入藥量的增長先提高后降低，再逐漸上升。

在85/15 系統(tǒng)中，彈性體E-MA-GMA 濃度增加到了15wt%，此時撞擊硬度值增大。特別是當(dāng)交聯(lián)劑濃度為1,0.5wt%時，硬度值可以達(dá)到了40KJ/m2之上，當(dāng)交聯(lián)劑濃度為百分之一時，撞擊硬度值最大。不同交聯(lián)劑濃度的一般撞擊硬度值都是隨吸入藥量的增大先升后降再增加，一般都在5kGy 和70kGy 時，都有極大值。而在80/20 系統(tǒng)中，當(dāng)交聯(lián)劑濃度為一wt%時，撞擊硬度值最大，一般撞擊硬度值都在69KJ/m2之上，且隨吸入藥量的增大先升后降再增加，在5kGy 和100kGy 時，都有極大值。交聯(lián)劑濃度為零點(diǎn)5wt%時，其沖擊強(qiáng)度值最小，強(qiáng)度最大值也都在55KJ/m2之上，在5kGy 和70kGy 之間時，則有最大值。而當(dāng)交聯(lián)劑濃度為3,5wt%時，其沖擊強(qiáng)度值都在未加交聯(lián)劑以下，而且隨作用用量的增大都是以先提高后降低趨勢逐漸平緩。

3 結(jié)論

論文重點(diǎn)研究了在輻照狀況下的PET/SEBS-g-MA，以及PET/SEBS-g-MA/C 合金材質(zhì)的熱力學(xué)性能和分子結(jié)構(gòu)，以及相互作用關(guān)系。從熱力學(xué)性能及試驗(yàn)結(jié)果分析，對于單一添加的SEBS-g-MA，其撞擊特性較有增強(qiáng)；在PET/SEBS-g-MA/C 三元復(fù)合體系中，當(dāng)SEBS-g-MA濃度為二十wt%、交聯(lián)劑濃度為百分之一、以十kGy 輻照時，其沖擊強(qiáng)度則較于單一添加的彈性體中稍有增強(qiáng)。體系的凝膠材料含量和掃描電鏡圖像有助于在解釋上述條件時力學(xué)性能的改善。相比于PET/SEBS 和PET/SEBS-g-MA 兩種系統(tǒng)，當(dāng)僅僅添加彈力體和輻照材料時，SEBS-g-MA 系統(tǒng)比SEBS 的增韌效率要略好；當(dāng)添加交聯(lián)劑以后，PET/SEBS/C 系統(tǒng)的增韌效率好于PET/SEBS-g-MA/C 系統(tǒng)。

當(dāng)同一交聯(lián)劑C濃度為lwt%時，則PET/SEBS-g-MA/C系統(tǒng)與PET/SEBS/C 系統(tǒng)的相對撞擊強(qiáng)度增加幅度較小，這或許是SEBS-g-MA 中接枝的馬來酸酐可與PET末端羥基反應(yīng)。但當(dāng)加入較低濃度的交聯(lián)劑C 并輻照時，多功能團(tuán)單體的促進(jìn)輻射增容效應(yīng)或許會受到較前期反映的負(fù)面影響，因此對界面的增容影響效應(yīng)與PET/SEBS 系統(tǒng)相對較差。