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高抗冲聚苯乙烯的制备
一、聚苯乙烯的发展及高抗冲聚苯乙烯的简介
苯乙烯树脂是五大通用性合成树脂之一，一般按产量仅次于PE、PVC和PP而居第四位。
苯乙烯发展初期，只生产通用型聚苯乙烯。其质硬而脆、机械强度不高、耐热性较差，且易燃。为此人们做了大量的改进工作，形成了高抗冲聚苯乙烯、可发性聚苯乙烯、丙烯晴-苯乙烯共聚物等为代表的庞大的苯乙烯树脂体系。
高抗冲聚苯乙烯是一种橡胶粒径约为2um,分散在透明聚苯乙烯基质中形成的复合材料。它具有尺寸稳定、电绝缘性好、易于加工、成本低廉、综合性能优良等优点，从而在包装、器械、家电及玩具等领域被广泛使用，消耗量逐年增加。高抗冲聚苯乙烯一般是用橡胶状丁二烯聚合物补强的聚苯乙烯。它可为混合物或接枝共聚物，前者很少引起聚苯乙烯性能的变化，或者根本没有变化，而后者则根据参入的聚丁二烯量在抗冲击强度及其他性能方面显出很大的改善，用橡胶改善聚苯乙烯大大增加了高抗冲聚苯乙烯的应用范围。
二、原理及制备
聚苯乙烯的接枝共聚共混方法主要有乳液―悬浮方法、本体—悬浮方法和连续本体方法等。其中乳液—悬浮方法由于经济╱性能指标较差已经逐渐被淘汰。本体—悬浮方法是发展较晚的一种方法，但由于设备利用率低，工艺流程长，能耗大，生产成本较高，此法一趋淘汰。
1、工业制法
本体法聚合时，首先将橡胶溶解于苯乙烯单体中。在与聚合反应转化至6％—10％时，就开始形成两相，即PS相和橡胶相。这样，苯乙烯中的PS相和苯乙烯中的橡胶相达到一定的相体积比时，在切应力搅拌存在下，即发生相变。此时，橡胶在反应系统中的相容性降低，因橡胶析出而体系粘度骤降，而切应力的存在使橡胶颗粒分散为切断小粒，这便是本体聚合法生产HIPS的关键所在。反应由苯乙烯本体聚合和橡胶苯乙烯聚合两种方式同时进行，经过四个聚合釜连续反应，转化率达75%～80%时，将聚合物送入脱气槽，脱去未反应的单体，再经挤压抽条、冷却、造粒、包装即得成品。

步骤：⑴聚合：由预聚和终聚两部分组成，预聚在较低的温度（如90℃）并伴有良好的搅拌条件下进行；终聚则在较高温度下进行（如120℃），通过加入溶剂来降低反应体系的粘度。⑵后处理：在高温、高真空的操作条件下，脱除熔体中的溶剂和残留单体。
2、实验室制备方法：
原料：聚苯乙烯、SBS弹性体、顺丁橡胶、硼酸锌、钛白粉等。
仪器设备：高速混合机、螺杆挤出机、热压成型、悬臂式冲击机。
试样准备
配方 质量分数
聚苯乙烯 100
高顺丁二烯橡胶 4-7
钛白粉 10
增塑剂邻苯二甲酸辛酯 1-3
抗氧化剂 0.1-0.2
阻燃剂 0.1-0.2
1.1试样制备
按照配方称量所需的原谅的分数，用高速混合机进行预混合，待其分散均匀后静置待其冷却。
1.2 挤出造粒
将挤出机各段位温度调节为，料筒一区175℃，二区185℃，三区195℃，机头185℃。螺杆转速为300r/min下熔融，并挤出造粒，然后利用碎料机粉碎成小颗粒均为物料。
1.3收集粒料
热压成型
实验原理
由于复合的材料在200℃左右可以熔融，因此可以在熔融温度进行热成型压制得到标准模样。
模样标准
试样类型及尺寸
试样类型
长度L/mm
宽度b/mm
厚度h/mm
Ⅰ
80.0±2
10.0±0.2
4.0±0.2
Ⅱ

63.5±2

12.7±0.2
12.7±0.2
Ⅲ
6.4±0.2
Ⅳ
3.2±0.2
实验步骤
2.1按照压力成型机操作规程，检查压机各部分的运转，加热和冷却并调整工作状况，利用压机的加热和控温装置将压机上下模板加热至190±5℃。由压膜板尺寸，PVC板材的模压压强（1.5-2.0MPa）
2.2 将做好的模板样条放入压板上后，进行保压保温30min，通水进行冷却，带模具温度降至80℃以下直至板材充分固化后，解除压力，清理模具修边得到复合材料的标准样条。
拉伸实验
实验原理
可利用万能制样机或注塑机制备拉伸和冲击实验样条。万能制样机能加工塑料以及非金属材料的拉伸、冲击性能等实验用的标准样条，能够切断、铣缺口、铣曲线型和平面加工。注塑机能成型各种形状复杂的产品，工艺简单，方便快捷。
（1）拉伸试样
① 形状规格如图3、4、5、6所示；②尺寸规格 如表1、2、3、4所示

I试样
Ⅰ型试样尺寸公差

符号
名称
尺寸/mm
公差/mm
符号
名称
尺寸/mm
公差/mm
L
总长度（最小）
150
-
W
端部宽度
20
±0.2
H
夹具间距离
115
±5.0
d
厚度
4
-
C
中间平行部分长度
60
±0.5
b
中间平行部分宽度
10
±0.2
G0
标距（或有效部分）
50
±0.5
R
半径（最小）
60
-
本实验使用ZHY-W万能制样机，把挤出PE粒料制成拉伸测试试样5根，试样规格为I型
实验步骤
（1） 试样的状态调节和实验环境按GB2918规定进行
（2） 测量试样中间平行部分的宽度和厚度，精确到0.01mm，II型试样中间平行部分的宽度精确到0.05mm；每个试样测量三点，取算术平均值。
（3） 在试样中间平行的部分作标线示明标距，此标线对测试结果不应有影响。
（4） 夹持试样，夹具夹持试样时，要使试样纵轴与上下夹具中心连线相重合，并且要松劲适宜，以防止试样滑脱或断在夹具内。
（5） 选定实验速度，进行实验
（6） 记录屈服时的负荷，或断裂负荷及标距间深长，若试样断裂在中间平行部分之外时，此试样作废，另选取试样补做。
冲击实验
实验原理
本方法式用悬臂量冲击试验机对试样施加一次冲击弯曲负荷，以试样破坏断裂时的单位面积所消耗的能量来衡量材料的冲击韧性。
实验材料
本实验前面制备的PS样条IV，试样长度63.5±2mm，宽度为12.7±0.2mm，厚度为3.2±0.2mm，试样侧面中部带有45o±1o、底部曲率半径(r)为0.25±0.025mm的缺口，缺口处试样的剩余厚度为10.16±0.05mm。
实验设备：摆锤式悬臂梁冲击试验机（UJ-40悬臂梁冲击试验机）

冲击试样的形状及缺口形状规格如图a和表b所示

图a 冲击试样缺口形状
表b Ⅰ型试样的缺口类型及尺寸
缺口类型
缺口底部半径r/mm
缺口底部剩余宽度bn/mm
无缺口
-
002D
A
0.25±0.05
8.0±0.2
B
1.0±0.05
8.0±0.2
实验步骤
（1） 按试样标准制样，每组5个样（例如硬质PVC可选用IV型试样，A型缺口）；
（2） 测试缺口处的试样宽度，精确到0.05mm，试样应在（23±0.5oC）和相对湿度为50％环境中，放置24h；
（3）实验时应把温度设定在23±0.5oC下进行
（4）选择适宜的摆锤，使试样破断所需要的能量在总能量的10～80％区间内；
（5）将摆锤连同被动指针从预扬角为止释放，空试样冲击，从刻度盘读取示值，此值即克服风阻和摩擦的动能损失，校正刻度盘指针；
（6）用适宜的夹持力夹持试样，如图9 所示试样在夹持台中不得有扭曲和侧面弯曲；试样夹持力的大小，有时会影响死活眼结果，适宜的夹持力会随材料的不同而异，当试样破断后，断面与试样夹持台上表面基本呈一平面，此时的夹持力被认为对此材料示适宜的，使用转矩扳手来获得适宜的夹持力；将摆锤连同被动指针从预扬角为止释放，
（7） 冲击试样后，从刻度盘读取示值。
（8）此示值即试样破断所消耗的能量W；
试样经一次冲击后，分离成两段或两段以上者为破断，或者虽然没有完全分离成两段，但破裂已达到试样缺口处剩余厚度的90％者也属破断。
抗冲击试验数据处理：

实验次数 原始数据
一 3.1％
二 3.1％
三 3.1％

抗冲击强度保持率：96.9％

热重实验数据：