納米二氧化硅、聚氨酯彈性體增韌改性聚苯硫醚

張群安 杜朝軍 汪世龍

摘 要：經表面處理后的納米二氧化硅、聚氨酯彈性體、聚苯硫醚在雙螺桿擠出機中進行熔融擠出，而后制備出標準樣條，測得其力學性能，結果顯示：PU對于體系的韌性提高起主要作用，而納米二氧化硅在保持體系韌性的前提下，對于提高體系的強度所起作用更大一些；納米二氧化硅在含量為3%時，PU含量范圍在5%時，復合材料的綜合性能較好。

關鍵詞：聚苯硫醚；納米二氧化硅；聚氨酯彈性體；增韌改性

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.24.018

1 概述

無機納米剛性微粒是近幾年逐步成為研究熱點的新興材料。由于納米粒子尺寸小、比表面大，表面能很高，其表面的原子所占比例大、活性高。

2 實驗部分

2.1 原料

聚苯硫醚（簡稱PPS）粒料，外觀棕色透明，內鄉縣烏克生物化學制品有限公司提供；PU：杜邦Dow彈性體公司；其它各類試劑及助劑，均為市售。

2.2 試樣制備

實驗設計聚氨酯（簡稱PU）彈性體加入量三個水平：3%，5%，10%；加納米SiO2三個水平：3%，5%，10%；將PU、PPS及處理后的納米SiO2按表1的配方比例在高速混合機（SHR-10A型）內與助劑混合10min。然后經雙螺桿擠出機熔融，擠出造粒，樣品干燥后在注塑機上注射成標準樣條。

2.3 樣品的分析與測試

沖擊性能：按GB/Tl843-80測試；拉伸性能：用深圳新三思電子拉力機（4045型）按GB/T1040-1992，GB/T1042-79測試，拉伸速度為50mm/min；彎曲性能：由日本島津公司出產的AG-10TA按GBl039-79測試。

3 結果與討論

3.1 PU對復合材料性能的影響

從表1可以看出，對于納米二氧化硅含量為3%二元體系，添加第三組分PU后，比較序號為2、8、15、13的樣條，其沖擊強度提高特別明顯，其含量與體系的沖擊強度近乎呈線性關系，當PU含量為10%時，體系的沖擊強度為85.70KJ/m2，對于PPS/nano-SiO2兩相體系，其沖擊強度為69.59KJ/m2，提高了約23%。

從表1還可以看出，添加少量PU對復合材料的彎曲強度影響不大，隨PU含量的不斷增加，拉伸強度和彈性模量則下降。

3.2 納米SiO2對復合材料性能的影響

對于PPS/PU/納米SiO2增韌體系，沖擊強度是表征其性能的重要指標，由表1可以看出，對于PU含量為3%和10%的復合體系，隨著納米SiO2含量的增加，復合體系的沖擊強度不斷降低，這是因為隨著納米SiO2含量的增加，分散在基體中的剛性粒子數目越來越多，導致材料的脆性增加，韌性降低。

3.3 納米SiO2與彈性體PU對PPS的協同增韌作用

綜合分析數據以后，認為PU對于體系的增韌貢獻較大，而納米SiO2在保持體系韌性的前提下，對于提高體系的強度所起作用更大一些。為此，我們將納米SiO2的含量確定為3%，將PU的含量設為3%、5%、10%對比其性能。

4 結論

（1）PPS/PU/ nano-SiO2三元共混體系中的納米SiO2和PU對基體PPS的剛性和韌性均有顯著的改變。通常PU對于體系的增韌貢獻更大，而納米SiO2在保持體系韌性的前提下，對于提高體系的強度貢獻更大一些。

（2）綜合PU及納米SiO2對復合體系的沖擊強度、拉伸強度等的影響來看，納米SiO2含量為3%、PU含量為5%時，復合材料的綜合性能較好，存在一個最佳值。

（3）PU與納米SiO2粒子對PPS基體起到協同增韌作用。由于PU與納米SiO2粒子形成核-殼結構，一方面提高了納米SiO2粒子與基體的界面結合，同時也增大了彈性體PU在復合材料中的有效體積，相當于增加了彈性體的含量。

參考文獻：

[1]陳廣玲，楊杰，肖煒等.聚苯硫醚結構功能一體化納米復合材料的研制[J].功能材料，2004（35）：799-802.

[2]郭剛，于杰，羅筑等.納米SiO2粒子與聚烯烴彈性體協同改性聚丙烯的研究[J].現代化工，2004，24（07）：40-43.

作者簡介：張群安（1966-），男，河南新野人，碩士，副教授，研究方向：高分子材料、環保。