PPO/PBT合金性能的研究

雷祖碧 王飛 王浩江 馬玫 劉煜 譚卓華 敖曉娟 楊育農(nóng)

（廣州合成材料研究院有限公司，廣州，510665）

PPO是五大工程塑料之一，具有剛性大、耐熱性高，電性能優(yōu)良等特點。介電常數(shù)和介電損耗在工程塑料是最小的品種之一，幾乎不受溫度濕度的影響。PPO樹脂的分子結(jié)構(gòu)決定了該種工程塑料具有良好的熱力學性能，在-50～150℃之間長期使用，高溫下的熱蠕變性是所有熱塑性工程材料中最優(yōu)的。但聚苯醚耐溶劑性差，制品容易產(chǎn)生應(yīng)力開裂，缺口沖擊強度低，原料價格昂貴，致命弱點是玻璃化溫度高，高達210℃，熔體粘度很大，流動性差，造成加工成型困難,因此很少單獨使用，更多的是通過合金化改性后再使用[1-4]。而未經(jīng)改性的PBT,雖然具有良好的綜合性能，但仍存在一些不足：容易水解，不能長期經(jīng)受熱水作用；制品容易產(chǎn)生各向異性；會發(fā)生成型收縮而翹曲。本文通過自制的相容劑對PPO/PBT進行共混改性，賦予合金良好的加工性能，具有優(yōu)異的性價比。

1 實驗部分

1.1主要原料

聚苯醚，粘度由低到高分別為①LXR035、②LXR040、③LXR045、④LXR053等四種型號的PPO樹脂，南通星辰合成材料有限公司芮城分公司；聚對苯二甲酯丁二醇酯，型號PBT1100，南通星辰合成材料有限公司；相容劑，G1、G2，自制；增韌劑POE，型號8200，陶氏公司；其他助劑，市售。

1.2 主要儀器及設(shè)備

同向雙螺桿擠出機，TDS-65，南京諾達高聚物裝備有限公司；注塑機，BT-80V-I，廣州創(chuàng)博有限公司；拉伸試驗機，H10KS萬能材料拉試驗機（電子），英國HOUNSFIED公司；復合式?jīng)_擊試驗機，XJF-5.5，承德市金建檢測儀器有限公司；電熱鼓風干燥箱，JC101型，上海成順儀器儀表有限公司；立式壓力蒸汽滅菌器，LS-B35L-Ⅱ型，江陰濱江醫(yī)療設(shè)備有限公司,熱老化烘箱，401A型，廣州市昌勝隆儀器儀表有限公司。熔體流動速率儀，XNR-400B，承德市金建檢測儀器有限公司。

1.3 試驗流程

將PPO、PBT原材料及其他添加劑上高混機混配，經(jīng)雙螺桿擠出造粒，在110℃的烘箱中干燥4 h后用注塑機注塑制樣，測試。擠出溫度250～260℃。注塑溫度260～270℃，注塑時間15 s，保壓時間5 s，冷卻時間10 s。

1.4 性能測試與表征

拉伸試驗按GB/T1040-2006標準，拉伸速率10 mm/min；懸臂梁缺口沖擊試驗按GB/T1843-2008標準；彎曲強度試驗按GB/T9341-2008標準。熔融指數(shù)測試按GB/T3682.1-2018標準。

2 結(jié)果與討論

2.1聚苯醚與PBT共聚物合金

把不同型號的PPO樹脂分別與PBT樹脂按比例共混，并添加適當?shù)目寡鮿櫥瑒┑燃庸ぶ鷦?，通過雙螺桿機擠出造粒，檢測物理機械性能。基礎(chǔ)配方：PPO為50份，PBT為50份，抗氧劑245為0.2份，硅酮粉為0.4份，結(jié)果于表1。

表1 PPO/PBT合金的性能Tab.1 Properties of PPO/PBT alloy samples

PBT與PPO的共混物與純PBT比較，沖擊強度和彎曲強度下降了很多，這是由于PPO是無定形聚合物，而PBT是結(jié)晶型熱塑性聚合物，兩種的相容性較差，未添加相容劑導致聚合物合金的性能很差，需添加合適的相容劑來改善兩者的聚合。綜合看來，4種粘度不同聚苯醚所制得的PPO/PBT合金性能有所不同，隨著PPO粘度的增加，所制得的合金力學性能有下降的趨勢，表中可知粘度最小的PPO與PBT的合金聚合物的沖擊強度和拉伸強度更高，熔體的熔融指數(shù)較大，加工性能也更好。

2.2 相容劑對PPO/PBT合金性能的影響

選用LXR035的PPO樹脂與PBT樹脂組合不同的配比，添加抗氧劑245、潤滑劑硅酮、自制的相容劑G1、G2以及POE增韌劑上機擠出造粒,制備出不同性能共聚物，注塑標樣，實驗結(jié)果于表2。

表2可知，相容劑有效地改善了PPO/PBT合金體系的沖擊性能。與增韌劑不同的是相容劑在明顯提高沖擊強度的同時還提高了體系的拉伸強度與彎曲強度。這說明相容劑使PPO/PBT共聚物界面粘結(jié)力提高，體系相容性改善。而增韌劑的加入雖提高了沖擊性能，但合金的拉伸性能和彎曲性能同時下降，這是由于增韌劑的彈性模量要比PPO和PBT的低，PPO/PBT合金的拉伸強度比未加增韌劑時下降27%，彎曲強度則下降了29%。當相容劑G2添加量從6%增加到8%時，合金力學性能提高效果不明顯，因此在產(chǎn)品加工制備時，可根據(jù)客戶的具體要求選擇添加以達到最優(yōu)性價比。

2.3 PPO/PBT合金的不同老化性能

比較不同抗氧劑對合金的抗老化效能，基礎(chǔ)配方：PBT為64份，PPO為30份，相容劑G2為6份，硅酮粉0.4份；其中10#配方添加0.2份抗氧劑1098、0.2份抗氧劑168；11#配方添加0.2份抗氧劑S9228上雙螺桿機擠出造粒，制備標樣分別投入熱老化試驗箱和醫(yī)用高溫蒸煮滅菌器進行老化試驗。設(shè)定老化試驗箱溫度為120℃；高溫蒸煮滅菌器試驗溫度為120℃、相對濕度100%試驗條件，168 h后取出樣品進行測試，結(jié)果于表3。

表2 相容劑對PPO/PBT性能的影響Tab.2 Effect of compatibilizers on the properties of PPO/PBT alloy samples

表3 PPO/PBT合金的不同老化性能Tab.3 Properties of PPO/PBT alloy samples under different aging conditions

在熱老化烘箱經(jīng)過一周的熱老化，純PBT樹脂及PPO/PBT合金材料的力學性能均不同程度下降。相比而言，抗氧劑S9228體系的合金材料耐熱氧老化性能顯著，老化后綜合力學性能保持在97%以上，可以抵御120℃×168 h的熱老化作用，這是因為抗氧劑S9228熔點高達225℃，相對分子質(zhì)量也是在亞磷酸酯類抗氧劑中最高，具有很好的熱穩(wěn)定性，抗氧劑S9228與PPO有很好的相容性，體現(xiàn)了較好的高溫降解保護作用。但在相對濕度100%的120℃高溫濕熱環(huán)境下老化試驗，合金的性能卻大幅度下降，降幅在50%左右，高溫高濕加劇了合金材料的老化。而純PBT樹脂，經(jīng)過168 h濕熱老化試驗后樣品完全粉化，這表明PPO/PBT合金材料具有一定的抗熱水解作用，主要是由于PPO具有不水解，耐水解的特性，后續(xù)將針對該特性進一步研究合金的抗水解效能，提升該合金材料的附加值。

3 結(jié)語

（1）選擇不同粘度的聚苯醚對合金的性能有不同的影響，低粘度類型的PPO樹脂共混合金的力學性能和加工性更好。

（2）相容劑G2的效果優(yōu)于G1，添加6份時，性價比最優(yōu)。

（3）抗氧劑S9228的抗熱氧效能優(yōu)于1098/168，添加0.2份能使PPO/PBT合金熱老化性能保持97%。