馬來酸酐接枝SEBS 1901對PC/PBT共混物性能影響

  聚碳酸酯(PC)作為一種工程塑料，其沖擊強度高，耐蠕變性能好，具有良好的電絕緣性和尺寸穩定性。但由于PC的熔體黏度大，流動性、耐溶劑性以及耐磨性都較差，其應用受到限制。聚對苯二甲酸丁二醇酯(PBT)是一種結晶性的熱塑性塑料，結晶速度快，適合于高速成型，具有耐化學藥品性、熔體流動性好等優點，但是缺口沖擊強度較低。因此，將PC和PBT進行共混改性，可以優勢互補。

    為了獲得高性能的PC/PBT共混物，國內外對PC/PBT共混物的增韌改性進行了大量的研究。氫化苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物具有良好的可塑性和高彈性，本研究采用馬來酸酐接枝氫化苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物(馬來酸酐接枝SEBS 1901)作為PC/PBT共混物的相容劑，研究其對PC/PBT共混物性能的影響。

    1  試驗部分

    1.1  原料

    PC，S3001R，日本三菱公司；PBT，1100-211M，長春人造樹脂廠股份有限公司；馬來酸酐接枝SEBS，1901，市售。

    1.2  主要設備

    雙螺桿擠出機，SHJ-35，中國廣達橡塑機械廠；注塑機，HYF-600，寧波海鷹塑料機械有限公司，微機控制電子萬能材料試驗機，WDT-5，深圳市凱強利機械有限公司；懸臂梁沖擊試驗機，ⅪU-2.75，承德試驗機有限責任公司；掃描電子顯微鏡(SEM)，JSM%360LA，日本電子公司；平板流變儀，Physica MCR301，AntonPaar公司。

    1.3  試樣制備

    將PC，PBT和增韌改性劑等按比例稱量，經高速混合機混合后，加入雙螺桿擠出機經熔融擠出、冷卻、切粒，制得PC/PBT/馬來酸酐接枝SEBS共混物的粒料，一區至五區溫度分別為190，220，240，250，250℃，螺桿轉速度120r/min，進料轉速為110 r/min。

    將所得粒料在100℃下干燥8 h后，采用注射成型法按工藝條件(射嘴溫度、一區至三區溫度分別為240，250，240，220℃，保壓時間8 s，冷卻時間20s，注射壓力80MPa)制備標準測試樣條，供性能測試用。

    1.4  性能測試與結構表征

    1.4.1  力學性能測試

    懸臂梁缺口沖擊強度按照GB 1043-1993標準測試，試樣尺寸4 mm ×8 mm× 80 mm(V型缺口)；彎曲性能按GB 9341-1988標準測試，試樣尺寸為4 mm×10 mm×80 mm，測試速度2 mm/min；拉伸性能按GB/T 1040-1992標準測試，試樣工作面尺寸4mm×10mm，拉伸速度為50 mm/min。

    1.4.2  結構表征

    (1)  SEM：將樣品在液氮中冷凍脆斷，將脆斷斷面真空鍍金，在SEM上觀察斷面形貌特征并照相。

    (2)  動態力學測試：在Physica MCR301平板流變儀上進行動態力學分析，兩平板間距離為1 mm，強迫扭擺頻率為1 Hz，測試溫度30～180℃，升溫速率為5℃/min。

    (3)  流變性能測試：采用PhysicaMCR301平板流變儀上進行流變性能測試，用氮氣進行保護，測試溫度為240℃，剪切速率0.01～50.00 s-1，測試模式為旋轉模式。

    2  結果與討論

    2.1  馬來酸酐接枝SEBS 1901對PC/PBT力學性能影響

    根據前期試驗結果，綜合考慮PC/PBT共混物的力學性能、耐溶劑性和熔體流動性等因素，本試驗選取PC/PBT(兩者質量比70/30)作為研究基礎，研究馬來酸酐接枝SEBS用量對PC/PBT共混物力學性能的影響。

    馬來酸酐接枝SEBS用量對共混物常規力學性能的影響如圖1所示。由圖1(a)可見，未添加馬來酸酐接枝SEBS時，共混物的缺口沖擊強度較低，為7 kJ/m2。隨著馬來酸酐接枝SEBS用量的增加，共混物的缺口沖擊強度明顯提高，但馬來酸酐接枝SEBS用量超過5%后共混物缺口沖擊強度增加幅度較小。由圖1(b)可見，隨著馬來酸酐接枝SEBS用量的增加，PC/PBT共混物的拉伸強度下降，斷裂伸長率上升。由圖1(c)可見，隨著馬來酸酐接枝SEBS用量的增加，PC/PBT共混物的彎曲強度和彎曲模量呈下降趨勢，這主要是因為SEBS是彈性體，本身強度低于PC和PBT，符合彈性體增韌的一般規律。

    綜合分析圖1可知，當馬來酸酐接枝SEBS用量為5%時，共混物的缺口沖擊強度為未添加馬來酸酐接枝SEBS共混物的8倍，拉伸強度和彎曲強度略有降低，但仍保持相當高的水平。根據彈性體增韌原理，馬來酸酐接枝SEBS可以作為應力集中體，誘發大量的銀紋或剪切帶而消耗能量，還能夠起到終止銀紋的作用，而不至于發展成破壞性的裂紋，因此對共混物起到良好增韌作用；另一方面，馬來酸酐接枝SEBS中含有極性的馬來酸酐基團，它能與PC/PBT共混物中PBT的端羥基反應，使得表面張力降低，界面粘結作用增強，起到增容作用，因此缺口沖擊強度得到顯著提高。當馬來酸酐接枝SEBS用量超過5%時，隨著馬來酸酐接枝SEBS用量的增加，共混物的缺口沖擊強度上升緩慢，而拉伸強度和彎曲強度下降顯著。因此，在試驗范圍內，當馬來酸酐接枝SEBS用量為5%時，PC/PBT共混物的綜合性能最佳。

    2.2  微觀結構分析

    為了進一步考察馬來酸酐接枝SEBS對PC/PBT共混物性能的影響，采用SEM對PC/PBT及PC/PBT/馬來酸酐接枝SEBS的微觀形態結構進行觀察(見圖2)。

    圖2(a)為PC/PBT(質量比70/30)共混物的SEM照片。由圖2(a)可見，其斷裂面呈現層片狀結構，整個斷裂面較平整，這是因為當試樣受到沖擊能量作用時產生的裂紋在基體中快速擴展而形成的，屬于脆性斷裂且斷裂過程中消耗的能量較少，因而沖擊強度較低。圖2(b)為PC/PBT(質量比70/30)共混物中加入質量分數5%馬來酸酐接枝SEBS的SEM照片。由圖2可見，斷裂面留有橡膠粒子脫落時留下的孔洞，表明試樣在斷裂過程中發生了應力屈服。橡膠微粒在試樣斷裂過程中起到吸收能量阻止裂紋擴展的作用，此外在共混過程中馬來酸酐接枝SEBS在熱和剪切應力作用下，馬來酸酐接枝SEBS的酸酐基團與PC/PBT共混物的端羥基發生化學反應，有利于彈性體在共混物中的細化與均勻分散，降低了界面張力，增強了界面粘結力，斷裂過程中需要消耗較高的能量，因而表現為韌性斷裂。

    2.3  動態力學分析

    圖3(a)是PC/PBT/馬來酸酐接枝SEBS(PC/PBT質量比為70/30)共混物儲存模量與溫度的關系曲線。從圖3(a)中儲存模量的變化曲線來看，隨著溫度的升高，共混物分子鏈鏈段運動能力不斷增強，使得共混物的儲存模量逐漸下降。此外，馬來酸酐接枝SEBS中SEBS部分儲存模量較低，能減弱共混物的的剛性，在玻璃化轉變溫度(Tg)之前，相同溫度下隨馬來酸酐接枝SEBS用量的增加，共混物的儲存模量逐漸降低。

    圖3(b)是PC/PBT/馬來酸酐接枝SEBS(PC/PBT質量比為70/30)共混物損耗因子取正切(tanδ)隨溫度變化的關系曲線。從圖3(b)可以看出PC/PBT共混物出現2個松弛峰，其共混物的Tg分別為62，135℃，相對于PC的Tg (150℃)與PBT的Tg (45℃)而言，兩者的Tg之差變小，表明PC與PBT有部分相容性，馬來酸酐接枝SEBS加入后，共混物中PC的Tg向低溫遷移，兩者的Tg之差進一步減小，說明馬來酸酐接枝SEBS的存在增加了界面間的結合強度，進而提高了共混物的相容性。

    2.4  流變性能的研究

    圖4顯示試驗溫度240℃的條件下PC，PC/PBT(質量比70/30)，PC/PBT/馬來酸酐接枝SEBS[其中PC/PBT(質量比70/30)，馬來酸酐接枝SEBS質量分數5%]共混物表觀表觀黏度隨剪切速率的變化趨勢。從圖4可以看出，在試驗范圍內，純PC的表觀黏度隨著剪切速率的增加而.降低，這是由于純PC大分子鏈具有高剛性和大的空間位阻使其具有較高的熔體黏度，從而使分子鏈之間的滑移困難。當剪切速率增加時，分子鏈發生滑移變的相對容易，同時還沿著剪切方向規則排列，流動阻力減小，從而表現為隨著剪切速率的增加，表觀黏度下降。

    當將PBT加入到PC中后，共混物的表觀黏度明顯低于純PC基體，這是由于PBT本身分子鏈的柔順性大，在高溫下流動性好，因而PBT的加入降低了體系的流動阻力，提高了流動性，因此，PC/PBT共混物比純PC的表觀黏度低，流動性好。PC/PBT/馬來酸酐接枝SEBS共混物與PC/PBT共混物相比，其表觀黏度未有較大變化，表明馬來酸酐接枝SEBS的加入在改善共混物沖擊韌性的同時并未影響共混物良好的成型加工性能。

    3  結論

    a)  一定用量的馬來酸酐接枝SEBS1901能夠較大幅度地提高共混物的缺口沖擊強度和斷裂伸長率，共混物的拉伸強度和彎曲強度呈現下降的趨勢。當馬來酸酐接枝SEBS的用量為5%時，PC/PBT共混物的綜合性能最理想。

    b)  馬來酸酐接枝SEBS加入后，共混物PC/PBT中PC的Tg向低溫遷移，兩者的Tg之差進一步減小，提高了共混物的相容性。

    c)  馬來酸酐接枝SEBS在改善PC/PBT共混物沖擊韌性的同時，對PC/PBT共混物的成型.加工性能并未產生不良影響。