PBT/彈性體共混體系相容性及力學(xué)性能研究

李 晶

(中國石化儀征化纖有限責(zé)任公司，江蘇 儀征 211900)

聚對苯二甲酸丁二醇酯(PBT)作為一種重要的熱塑性聚合物，具有較高的結(jié)晶度和結(jié)晶速率，加工性能優(yōu)異，廣泛應(yīng)用在汽車、電子、電器、紡織等行業(yè)。但純PBT具有在室溫下沖擊韌性較差，缺口敏感性大等缺陷，限制了其進(jìn)一步推廣和應(yīng)用[1-3]。將彈性體與PBT通過進(jìn)行共混來改善其抗沖擊性能是目前廣泛采用的改性方法。常采用官能化的三元乙丙橡膠(EPDM)、乙丙橡膠(EPR)、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)、乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)、熱塑性聚酯彈性體(TPEE)等彈性體來增韌PBT，不同的彈性體增韌效果各不相同[4-7]。

共混改性中共混物質(zhì)各個組分之間的良好相容性是至關(guān)重要的。目前已有很多試驗方法表征共混物的相容性，如掃描電鏡法、平衡熔點法或旋轉(zhuǎn)流變法[8]。作者利用雙螺桿擠出機制備了不同配比的PBT/SBS接枝馬來酸酐彈性體(SBS-g-MAH)和PBT/ TPEE共混物，通過對兩種不同類型的彈性體共混體的微觀形貌、平衡熔及力學(xué)性能進(jìn)行研究，探討了共混體系的相容性及加工性能，為增韌PBT產(chǎn)品開發(fā)和加工提供依據(jù)。

1 實驗

1.1 主要原料

PBT：纖維級，中國石化儀征化纖有限責(zé)任公司產(chǎn)；TPEE：牌號TX359，中國石化儀征化纖有限責(zé)任公司產(chǎn)；SBS-g-MAH：工業(yè)級，美國科騰公司產(chǎn)。

1.2 儀器與設(shè)備

TSE系列雙螺桿擠出機：南京瑞亞擠出機械制造有限公司制；Nova NamoSEM 450掃描電子顯微鏡(SEM)：美國FEI公司制；DSC-7差式掃描量熱儀：美國Perkin-Elmer公司制；E44.304萬能材料試驗機：英國LLYOD公司制；501 J-3擺錘沖擊儀：深圳萬測試驗設(shè)備有限公司制；ZK-82B電熱真空烘箱：上海實驗儀器廠制；GDW/SH080恒溫恒濕箱：上海實驗環(huán)境試驗設(shè)備廠制。

1.3 試樣的制備

將一定比例的PBT和SBS-g-MAH彈性體、PBT和TPEE彈性體分別混合均勻后，通過喂料器加入到設(shè)定溫度的雙螺桿擠出機中，經(jīng)塑化、捏合、輸送、擠出、在水槽中冷卻后切粒得到粒料。雙螺桿擠出機各段溫度依次為 220，220，230，250，250，250，250，250，250，250 ℃，螺桿轉(zhuǎn)速為120 r/min。其中，SBS-g-MAH質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%、10%、15%、20%的PBT/SBS-g-MAH試樣分別標(biāo)記為S-5、S-10、S-15、S-20；TPEE質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%、10%、15%、20%的PBT/TPEE試樣分別標(biāo)記為T-5、T-10、T-15、T-20。

1.4 分析與測試

SEM：試樣經(jīng)液氮冷卻截斷，在導(dǎo)電膠上噴金處理后，采用掃描電子顯微鏡在2.0 kV加速電壓下，放大5 000倍觀察試樣的微觀形貌。

力學(xué)性能:首先將試樣粒料經(jīng)110 ℃干燥4～6 h后，在注塑機中注塑成標(biāo)準(zhǔn)樣條(注塑機各段溫度依次為250,250,240 ℃，壓力50 Pa，模溫30 ℃)；然后將注塑樣條置于恒溫恒濕箱中，在23 ℃和(50±10)%相對濕度條件下放置16 h以上。采用萬能材料試驗機按照GB/T 1040—2006《塑料 拉伸性能的測定》測試樣條拉伸強度(拉伸速度為50 mm/min)，按照GB/T 9341—2000《塑料彎曲性能試驗方法》測試樣條彎曲強度；采用擺錘沖擊儀按照GB/T 1843—2008《塑料 懸臂梁沖擊強度的測定》測試樣條的沖擊強度。

2 結(jié)果與討論

2.1 表面形貌

從圖1可以看出：SBS-g-MAH彈性體在PBT基體中呈微球結(jié)構(gòu)兩者形成“海-島”結(jié)構(gòu)，且彈性體微球呈均勻網(wǎng)絡(luò)分布[9]；隨著SBS-g-MAH彈性體含量增加，微球尺寸逐漸增大，大尺寸微球在加工過程中容易產(chǎn)生破裂而使界面結(jié)合力變差，當(dāng)SBS-g-MAH質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過10%時，微球和PBT基體界面出現(xiàn)粒子脫落的痕跡，出現(xiàn)明顯的相分離。

圖1 PBT/SBS-g-MAH試樣的SEM照片F(xiàn)ig.1 SEM images of PBT/SBS-g-MAH samples

從圖2可以看出：隨著TPEE彈性體含量的增加，試樣的表面越來越粗糙，但是未出現(xiàn)明顯的相分離；共混試樣中TPEE彈性體在PBT中分散均勻，微觀形貌未出現(xiàn)明顯的相分離現(xiàn)象，兩者的相容性優(yōu)異。

圖2 PBT/TPEE試樣的SEM照片F(xiàn)ig.2 SEM images of PBT/TPEE samples

2.2 T0m

(1)

式中：γ*為Tc下的片晶增厚因子。

表1 不同Tc下PBT/SBS-g-MAH試樣的Tm與T0mTab.1 Tm and T0m of PBT/SBS-g-MAH samples at different Tc

表2 不同Tc下PBT/TPEE試樣的Tm與T0mTab.2 Tm and T0m of PBT/TPEE samples at different Tc

2.3 力學(xué)性能

從表3可以看出：添加彈性體可在一定程度上提高PBT的無缺口(缺口)沖擊強度；進(jìn)行無缺口沖擊時，加入SBS-g-MAH彈性體和TPEE彈性體的增韌效果相當(dāng)，彈性體添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到15%時，試樣部分?jǐn)嗔眩_(dá)到20%時，試樣未斷裂；進(jìn)行缺口沖擊時，SBS-g-MAH彈性體的增韌效果優(yōu)于TPEE彈性體。

表3 試樣的缺口和無缺口沖擊強度Tab.3 Notched and notchless impact strength of samples

不同彈性體含量PBT試樣的強度見圖3。

圖3 試樣的拉伸強度和彎曲強度Fig.3 Tensile strength and bending strength of samples■—PBT/SBS-g-MAH;●—PBT/TPEE

從圖3可以看出：共混物的拉伸強度和彎曲強度隨彈性體含量增加而降低；當(dāng)彈性體質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于5%時，PBT/SBS-g-MAH共混物的拉伸強度略低于PBT/TPEE共混物，結(jié)合試樣的SEM分析可知，這與此時SBS-g-MAH彈性體大尺寸微球與PBT基體相分離程度加重的結(jié)果一致；而PBT/SBS-g-MAH共混物的彎曲強度略高于PBT/TPEE共混物，這是因為TPEE彈性體在PBT基體中分布更加均勻，對材料彎曲強度的影響更大。

3 結(jié)論

a.SBS-g-MAH彈性體以微米級微球的形式均勻分布在PBT基體中，兩者形成“海-島”結(jié)構(gòu)，隨著SBS-g-MAH彈性體含量增加，微球尺寸逐漸增大，當(dāng)SBS-g-MAH質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過10%時，出現(xiàn)明顯的相分離。

b.隨著TPEE彈性體含量的增加，PBT/TPEE共混物的表面粗糙度增加，TPEE彈性體在PBT中分散均勻，微觀形貌未出現(xiàn)明顯的相分離現(xiàn)象，兩者的相容性優(yōu)異。

d.添加彈性體后可在一定程度上提高PBT的無缺口(缺口)沖擊強度；進(jìn)行無缺口沖擊時， SBS-g-MAH彈性體和TPEE彈性體增韌PBT的效果相當(dāng)；進(jìn)行缺口沖擊時，SBS-g-MAH彈性體的增韌效果優(yōu)于TPEE彈性體。

e.PBT/彈性體共混物的拉伸強度和彎曲強度隨彈性體含量增加而降低；當(dāng)彈性體質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于5%時，PBT/SBS-g-MAH共混物的拉伸強度略低于PBT/TPEE共混物， PBT/SBS-g-MAH共混物的彎曲強度略高于PBT/TPEE共混物。