聚苯醚/聚丙烯共混合金的研究

沙慧　藺筆雄　陳泉

(廣東工業(yè)大學材料與能源學院,廣東 廣州,510006)

聚苯醚(PPO)密度小,具有良好的力學性能、化學性能及耐熱性,電性能穩(wěn)定,但與其他工程塑料相比,純PPO材料的缺口沖擊強度不高,抗氧性不好,耐有機溶劑性差,并且熔體黏度高、流動性差,加工成型困難[1]。而聚丙烯(PP)的加入,能改善PPO材料固有的缺點[2]。

PPO/PP合金由于其性價比的優(yōu)勢,在不同的領域得到了廣泛的應用。但PPO/PP合金是不相容的體系,二者進行簡單的機械共混,形態(tài)缺乏穩(wěn)定性[3],因此使用相容劑對PPO/PP合金進行增容改性是必不可少的。

GUPTA等[4]用馬來酸酐(MAH)接枝PP(PP-g-MAH)作為原位相容劑對改性聚苯醚/聚丙烯(MPPO/PP)進行反應性增容,酸酐反應官能團能夠與MPPO側(cè)甲基和末端的羥基發(fā)生反應,起到橋梁的作用,使二者相容,但是對合金的力學性能無明顯改善。而聚乙烯(PE)與PP有很好的相容作用,理論上酸酐反應官能團又有利于PPO/PP合金體系體系的增容[5],因此采用MAH接枝PE(PE-g-MAH)來增大PPO/PP合金的熔體流動速率,提高加工性能,改善界面黏結性能。

下面采用PE-g-MAH作為相容劑對PPO/PP合金進行增容改性,主要研究了PE-g-MAH對PPO/PP合金的相容性、斷面形貌以及力學性能的影響。

1　試驗部分

1.1　主要原料及儀器設備

PPO,Iupiace PX100L,日本旭化成公司;PP,E030-F,中國石化上海石油化工股份有限公司;PE-g-MAH,GS-106,廣州金發(fā)科技股份有限公司;三氯甲烷,分析純,天津市大茂化學試劑廠。

轉(zhuǎn)矩流變儀,E85-302,上?？苿?chuàng)橡塑機械設備有限公司;平板硫化機,HY-25TS,上海恒馭儀器有限公司;萬能試驗機,CMT4204,深圳市新三思材料檢測有限公司;熔體流動速率(MFR)儀,XNR-400,承德市金建檢測儀器有限公司;掃描電子顯微鏡(SEM),S3400N,日本電子JEOL;熱差分析儀,SDT-2960,差示掃描量熱儀(DSC),Q2,均為美國TA公司。

1.2　試樣制備

將粉末PPO，顆粒狀的PP，PE-g-MAH在80 ℃下干燥8 h,在PPO/PP質(zhì)量比為40/60的混合物中加入不同用量的相容劑PE-g-MAH后,經(jīng)轉(zhuǎn)矩流變儀熔融混合均勻,轉(zhuǎn)速為60 r/min,加工溫度260 ℃。將熔融混合物在80 ℃下干燥8 h,然后將所得到的共混物置于模具中,用平板硫化機在260 ℃下預熱10 min后,熱壓6 min,壓力為12 MPa,再冷壓20 min成型,制備成標準樣條進行性能測試。

1.3　性能測試與表征

DSC分析:氮氣保護下,以10 ℃/min從30 ℃升溫至280 ℃。

采用熱差分析儀進行熱失重分析:氮氣保護,升溫范圍為30～700 ℃,升溫速率10 ℃/min。

SEM分析:液氮脆斷樣條,對其斷面進行噴金,觀察其表面形貌。

拉伸性能按照GB/T 528—2009進行測試;彎曲強度按照GB/T 9341—2008進行測試;缺口沖擊強度按照GB/T 1843—2008進行測試;熔體流動速率(MFR)按照ASTM D—1238進行測試。

2　結果與分析

2.1　PE-g-MAH用量對PPO/PP合金力學性能影響

表1是PE-g-MAH用量對PPO/PP合金力學性能影響。

表1　不同PE-g-MAH用量的PPO/PP合金力學性能

注:PPO/PP的質(zhì)量比為40/60。

從表1可以看出,隨著PE-g-MAH相容劑用量的增加,PPO/PP合金的拉伸強度、彎曲強度呈現(xiàn)出先增大后減小的趨勢,缺口沖擊強度則一直增大。這說明PE-g-MAH的加入使得PPO與PP的相容性得到了改善,界面性能的提高促進了分散相PPO在連續(xù)相PP中分散。但是由于PE-g-MAH的相對分子質(zhì)量低,本身柔性大,強度低,隨著PE-g-MAH相容劑用量的繼續(xù)增加,PE-g-MAH分子的柔性就會顯現(xiàn)出來,從而使合金的拉伸強度和彎曲強度降低。而缺口沖擊強度隨著用量的增加而增大,但是提升的幅度并不大,這表明相容劑PE-g-MAH不僅起到增容的作用,而且還可以起到增韌的作用。當相容劑PE-g-MAH用量分別為4份和6份時,PPO/PP合金的拉伸強度和彎曲強度達到最大值39.95 MPa和50.13 MPa,分別增加了22.92%和7.68%。

2.2　PE-g-MAH增容PPO/PP合金的加工性能

圖1是不同用量PE-g-MAH對PPO/PP合金MFR的影響。其中測試溫度260 ℃,載荷2.16 kg。

圖1　PE-g-MAH對PPO/PP合金MFR影響

從圖1可以看出,PE-g-MAH的加入增加了PPO/PP合金的加工性能。隨著PE-g-MAH用量的增加,PPO/PP合金的MFR逐漸增大;當PE-g-MAH用量從0增加到10份時,MFR從2.99 g/10 min增加到4.75 g/10 min,增長了58.86%;PPO/PP合金的MFR逐漸增大是因為PE-g-MAH的黏度比較小,而且PE-g-MAH相對分子質(zhì)量也低,流動性好,改善了PPO/PP合金的加工性能。

2.3　PE-g-MAH增容PPO/PP合金的斷面形貌

圖2為PPO/PP合金及其增容改性后的沖擊斷面形貌SEM分析。

圖2　PPO/PP合金及其增容改性后沖擊斷面SEM分析

從圖2可以看出,未加入相容劑PE-g-MAH時,PPO/PP合金的沖擊斷面為典型的脆性斷裂截面,其表面光滑平整并且呈現(xiàn)層狀,邊緣清晰,其周圍也沒有發(fā)生明顯的塑性形變,因此PPO/PP合金的缺口沖擊強度低。加入PE-g-MAH后,增容改性后PPO/PP合金的沖擊斷面上可以觀察到明顯的塑性形變,其斷面呈現(xiàn)粗糙模糊狀,仔細觀察可以看到大量分散拉伸取向的白色凸起,這些是在斷裂過程吸收了一些能量的塑性形變使合金的沖擊性能有一定程度的提高,所以PE-g-MAH對PPO/PP合金有一定的增韌作用。

2.4　PE-g-MAH增容PPO/PP合金的熱性能分析

圖3是PE-g-MAH增容PPO/PP合金的DSC分析。

圖3　PPO/PP合金及其增容改性的DSC分析

從圖3可以看出,隨著PE-g-MAH用量的增加,玻璃化轉(zhuǎn)變溫度先向高溫方向移動,隨后向低溫方向移動。當PE-g-MAH用量從0增加到6份時,PPO/PP合金的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度從158.32 ℃升到167.01 ℃,玻璃化轉(zhuǎn)變溫度提高了8.69 ℃;當PE-g-MAH用量繼續(xù)增加到10份時,PPO/PP合金的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度又降到了165.23 ℃。這是由于相容劑PE-g-MAH的加入改善了PPO與PP之間的相容性,增加了體系的相互作用力,使得PPO/PP合金的熱穩(wěn)定性增加,但是PE-g-MAH又使得PPO的結晶度降低,鏈段增多。另外PE-g-MAH相對分子質(zhì)量低,分子鏈中柔性鏈段較多,當其用量過多時就會導致玻璃化轉(zhuǎn)變溫度降低,向低溫方向移動。

圖4是PE-g-MAH增容改性PPO/PP合金的熱失重曲線。其對應的熱失重參數(shù)列于表2中。

圖4　PE-g-MAH 增容改性PPO/PP合金熱失重分析

表2　PE-g-MAH增容改性PPO/PP合金熱分解數(shù)據(jù)

注:T10%為降解10%時的熱失重溫度;T50%為降解50%時的熱失重溫度;Tmax為最大熱失重速率溫度;C*為600 ℃時的質(zhì)量殘存量。

從圖4可以看出,在相同的升溫范圍內(nèi),隨著PE-g-MAH用量的增加,分解后殘渣剩余量減少。從表2可以看出,隨著PE-g-MAH用量的增加,PPO/PP合金T10%,T50%,Tmax均呈現(xiàn)出先升高后降低的趨勢。當PE-g-MAH用量從0增加到6份時,T10%,T50%,Tmax分別升高了41.69,7.38,4.75 ℃。說明PE-g-MAH與PPO發(fā)生反應,形成交聯(lián)的網(wǎng)絡結構,使得PPO/PP合金的熱穩(wěn)定性提高,但PE-g-MAH分子鏈中柔性鏈段較多,當其用量過多時就會導致相關的溫度降低。

3　結論

a)PE-g-MAH的加入很好地改善了PPO/PP合金的相容性,分散相PPO均勻分散在連續(xù)相PP中。

b)隨著PE-g-MAH相容劑用量的增加,PPO/PP合金的拉伸強度、彎曲強度呈現(xiàn)出先增大后減小的趨勢,缺口沖擊強度則一直增大。當相容劑PE-g-MAH用量分別為4份和6份時,PPO/PP合金的拉伸強度和彎曲強度達到最大值39.95 MPa和50.13 MPa,分別增加了22.92%和7.68%。

c)PE-g-MAH相容劑的加入提高了PPO/PP合金的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度,當相容劑PE-g-MAH用量為6份時,玻璃化轉(zhuǎn)變溫度達到最大值167.01 ℃,玻璃化轉(zhuǎn)變溫度提高了8.69 ℃,但是隨著相容劑用量的持續(xù)增加而后降低;隨著PE-g-MAH用量的增加,T10%,T50%,Tmax均不同程度地得到了提高，表明相容劑PE-g-MAH提高了PPO/PP合金的熱穩(wěn)定性。

d)PE-g-MAH相容劑從0增加到10份時,MFR從2.99 g/10 min增加到4.75 g/10 min,增長了58.86%,說明PPO/PP合金的加工性能得到了改善。