徐慧，劉樹(shù)駿，李方舟，黃兆閣

（青島科技大學(xué)，山東 青島 266042）

彈性體對(duì)苯乙烯—丙烯腈共聚物力學(xué)性能影響的研究

徐慧，劉樹(shù)駿，李方舟，黃兆閣

（青島科技大學(xué)，山東 青島 266042）

采用熔融共混的方法，使用熱塑性聚氨酯彈性體（TPU）、乙烯丙烯酸乙酯（EEA）、乙烯—醋酸乙烯共聚物（EVA）和聚烯烴彈性體（POE）對(duì)SAN樹(shù)脂進(jìn)行填充改性，并對(duì)合金的拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率、彎曲強(qiáng)度、簡(jiǎn)支梁缺口沖擊強(qiáng)渡、熔體質(zhì)量流動(dòng)速率和維卡軟化溫度進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，隨著彈性體用量的增加，SAN合金的拉伸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度和維卡軟化溫度逐漸降低，斷裂伸長(zhǎng)率、缺口沖擊強(qiáng)度、熔體質(zhì)量流動(dòng)速率逐漸升高。使用TPU時(shí)，合金的拉伸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度較其他系列的合金高，使用POE時(shí)，合金的增韌效果較好。

苯乙烯—丙烯腈共聚物；熱塑性聚氨酯彈性體；乙烯丙烯酸乙酯；乙烯—醋酸乙烯共聚物；聚烯烴彈性體

SAN樹(shù)脂是苯乙烯（St）和丙烯腈（AN）的共聚物，一般呈微黃色或無(wú)色。SAN樹(shù)脂具有較好的機(jī)械強(qiáng)度、耐候性、化學(xué)穩(wěn)定性和耐油性，可以應(yīng)用在電風(fēng)扇葉、打火機(jī)外殼等制品［1］中。但是它存在脆性大，韌性差的缺點(diǎn)，極大地限制了它的應(yīng)用。

目前，改善SAN樹(shù)脂性能的方法主要采用接枝共聚法和機(jī)械共混法兩種。接枝共聚法頗為成熟，并在ABS、AES、ASAN和AABS等樹(shù)脂中得到了應(yīng)用［2］，但它存在著生產(chǎn)工藝復(fù)雜、流程長(zhǎng)的缺點(diǎn)。相比之下機(jī)械共混法操作簡(jiǎn)便、見(jiàn)效快，可以明顯改善SAN樹(shù)脂韌性差的缺點(diǎn)。

本文通過(guò)機(jī)械共混的方法，研究了TPU、EVA、EEA、POE四種彈性體對(duì)SAN樹(shù)脂單獨(dú)增韌的性能影響，以期找到合適的增韌劑，擴(kuò)大SAN合金的使用范圍。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)原料

SAN，80HF，寧波樂(lè)金甬興化工有限公司；TPU，58219，美國(guó)路博潤(rùn)公司；POE，7467，美國(guó)陶氏公司；EEA，2715，美國(guó)陶氏公司；EVA， 14-2，北京東方化工廠。

1.2 實(shí)驗(yàn)儀器

恒溫鼓風(fēng)干燥箱，臺(tái)日機(jī)械科技有限公司；雙螺桿擠出機(jī)，SHJ-20，南京杰恩特機(jī)電有限公司；塑料注塑成型機(jī)，TTI-130F2，東華機(jī)械設(shè)備有限公司；電腦伺服拉力實(shí)驗(yàn)機(jī)，GT-TCS-2000，高鐵檢測(cè)儀器有限公司；簡(jiǎn)支梁沖擊實(shí)驗(yàn)機(jī)，GT-7045-MDH，高鐵科技股份有限公司；熔體質(zhì)量流動(dòng)速率測(cè)試儀，GT-7100-MI，高鐵科技股份有限公司；維卡軟化溫度實(shí)驗(yàn)機(jī)，ZWK1302-B，美特斯工業(yè)系統(tǒng)（中國(guó)）有限公司。

1.3 試樣制備

按實(shí)驗(yàn)配比稱料，TPU、EVA、EEA、POE用量為0.5%、10%、15%、20%，混合后用雙螺桿擠出機(jī)造粒，一區(qū)溫度180 ℃，二區(qū)溫度195 ℃，三區(qū)溫度205 ℃，四區(qū)溫度203 ℃，機(jī)頭溫度200 ℃。將擠出的粒料在80 ℃烘箱中干燥4 h。采用注射機(jī)制備標(biāo)準(zhǔn)樣條，噴嘴溫度225 ℃，一區(qū)溫度230 ℃，二區(qū)溫度220 ℃，三區(qū)溫度185 ℃；注射壓力5 MPa，保壓壓力5.5 MPa，保壓時(shí)間7 s，冷卻時(shí)間15 s。

1.4 性能測(cè)試

拉伸強(qiáng)度，按GB/T 1040.2—2006/1A/20進(jìn)行；彎曲強(qiáng)度，按GB/T 9341—2008進(jìn)行，速率2 mm/min；簡(jiǎn)支梁缺口沖擊強(qiáng)度，按GB/T 1043—2008/1eA進(jìn)行，擺錘沖擊能量5 J；熔體質(zhì)量流動(dòng)速率，按GB/T 3682—2000進(jìn)行，實(shí)驗(yàn)溫度為220 ℃，負(fù)荷為10.00 kg；維卡軟化溫度，按GB/T 1633—2000進(jìn)行，負(fù)荷為10 N，加熱速率為120 ℃/h。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.1 彈性體用量對(duì)SAN合金拉伸強(qiáng)度的影響

從圖1可以看出，隨著彈性體用量的增加，SAN合金的拉伸強(qiáng)度逐漸降低，使用相同用量的彈性體時(shí)，SAN/TPU合金的拉伸強(qiáng)度最高，而加入POE時(shí)，SAN合金的拉伸強(qiáng)度下降最明顯。這可能是因?yàn)門(mén)PU與SAN樹(shù)脂相容性更好，而且TPU中有一定的硬段，使得合金拉伸強(qiáng)度略微下降。

圖1 彈性體用量對(duì)合金拉伸強(qiáng)度的影響

對(duì)于EVA、EEA材料，它們是SAN樹(shù)脂良好的相容劑［3～4］，可以與SAN形成一定的粘結(jié)力，但由于它們強(qiáng)度很低，所以合金的拉伸強(qiáng)度適中。而POE是非極性的材料，在四種彈性體中，與SAN的相容性最差，強(qiáng)度最低，所以當(dāng)彈性體用量相同時(shí)，SAN合金的拉伸強(qiáng)度最低。

2.2 彈性體用量對(duì)SAN合金斷裂伸長(zhǎng)率的影響

從圖2可以看出，隨著彈性體用量的增大，四種合金的斷裂伸長(zhǎng)率都呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)，在彈性體用量為15%時(shí)斷裂伸長(zhǎng)率較高。這可能是因?yàn)閺椥泽w的加入，使材料容易屈服，而彈性體用量增大至一定范圍時(shí)，合金的兩相界面的粘結(jié)性變差，使得合金抵抗外力變形能力降低。此外，彈性體為POE時(shí)，合金的斷裂伸長(zhǎng)率最高，這是因?yàn)樗姆N彈性體中只有POE不含有極性基團(tuán)，分子間作用力小，能充分發(fā)揮出它的增韌效果。

圖2 彈性體用量對(duì)合金斷裂伸長(zhǎng)率的影響

2.3 彈性體用量對(duì)SAN合金彎曲強(qiáng)度的影響

圖3是彈性體用量對(duì)SAN合金彎曲強(qiáng)度的影響，可以看出，隨著彈性體用量的增加，合金的彎曲強(qiáng)度都有不同程度的降低。其中SAN/POE合金的彎曲強(qiáng)度降低得最多，當(dāng)POE用量為20%時(shí)，合金的彎曲強(qiáng)度為53 MPa，下降了50%，SAN/TPU合金的彎曲強(qiáng)度降低最少，這大體與合金拉伸強(qiáng)度變化的趨勢(shì)是一致的。

圖3 彈性體用量對(duì)合金彎曲強(qiáng)度的影響

2.4 彈性體用量對(duì)SAN合金簡(jiǎn)支梁缺口沖擊強(qiáng)度的影響

圖4 彈性體用量對(duì)合金簡(jiǎn)支梁缺口沖擊強(qiáng)度的影響

從圖4可以看出，隨著彈性體用量的增加，SAN合金的簡(jiǎn)支梁缺口沖擊強(qiáng)度都出現(xiàn)了不同程度的上升，其中，加入POE時(shí)合金的沖擊強(qiáng)度最高，當(dāng)POE用量為15%時(shí)，合金的缺口沖擊強(qiáng)度達(dá)到13.1 kJ/m2，較純料上升了219.5%，而加入TPU時(shí)合金的沖擊強(qiáng)度上升不明顯。

2.5 彈性體用量對(duì)SAN合金熔體質(zhì)量流動(dòng)速率的影響

圖5 彈性體用量對(duì)合金熔體質(zhì)量流動(dòng)速率的影響

從圖5可以看出，隨著彈性體用量的增加，合金的熔體質(zhì)量流動(dòng)速率都明顯增大，其中，TPU用量為20%時(shí)，SAN/TPU合金的熔體質(zhì)量流動(dòng)速率增大267%，表明合金的流動(dòng)性明顯變好，這主要可能是由于TPU屬于線性嵌段共聚物，在測(cè)試溫度下TPU分子內(nèi)及分子間形成的氫鍵被破壞，TPU分子間作用力減小，分子鏈運(yùn)動(dòng)更加容易。而其他彈性體的加入，都可以起到減小合金分子間作用力的效果，使鏈段運(yùn)動(dòng)容易，熔體質(zhì)量流動(dòng)速率增大。

2.6 彈性體用量對(duì)SAN合金維卡軟化溫度的影響

圖6 彈性體用量對(duì)合金維卡軟化溫度的影響

從圖6可以看出，4種合金的維卡軟化溫度隨彈性體用量的增大都出現(xiàn)下降。當(dāng)彈性體用量相同時(shí)，4種合金的維卡軟化溫度相差不大，彈性體用量為20%時(shí)，4種合金的維卡軟化溫度仍維持在100 ℃左右。這可能是由于添加的彈性體分子鏈比較柔順，抵御外力的能力不強(qiáng)所導(dǎo)致的。

3 結(jié)論

（1）隨著彈性體用量的增加，SAN合金的拉伸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度和維卡軟化溫度逐漸降低，斷裂伸長(zhǎng)率、缺口沖擊強(qiáng)度、熔體質(zhì)量流動(dòng)速率逐漸升高。

（2）彈性體使用TPU時(shí)，合金的拉伸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度較其他系列的合金高，這與TPU存在一定的硬段結(jié)構(gòu)和TPU極性強(qiáng)有關(guān)。

（3）彈性體使用POE時(shí)，合金的增韌效果較好，其缺口沖擊強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率較其他系列的合金高，這與POE不含極性基團(tuán)，分子間作用力小，增韌效果好有關(guān)。

［1]張志軍，羅立善，鄧如生. 玻璃纖維增強(qiáng)SAN的研制及其在電器上的應(yīng)用［J］. 工程塑料應(yīng)用，2009，37（03）：60～62.

［2]李為民，李松. MBS與CPE協(xié)同增韌AS樹(shù)脂研究［J］. 工程塑料應(yīng)用，1994，22（05）：8～12.

［3]松，李為民. 橡膠增韌AS樹(shù)脂研究［J］. 高分子材料科學(xué)與工程，1998，14（03）：119～122.

［4]馮匯，劉諍，劉佑習(xí). AS/MBS/EVA三元共混體系力學(xué)性能及微觀形態(tài)［J］. 現(xiàn)代塑料加工應(yīng)用，1999，11（01）：6～8.

（P-02）

Effect of elastomer on mechanical properties of styrene-acrylonitrile copolymer

TQ334

1009-797X（2016）02-0067-03

A

10.13520/j.cnki.rpte.2016.02.023

徐慧（1993-），女，碩士研究生，主要研究方向?yàn)楦咝阅懿牧系难芯颗c制備。

通訊聯(lián)系人：黃兆閣，副教授。