PS& PP合金材料.doc

PS粒径对PP/PS合金性能的影响
文章提供：惠州市高盛达机械设备有限公司
提供者：谢明星
聚丙烯(PP)/聚苯乙烯(PS)是不相容的共混物。聚丙烯/聚苯乙烯(PP/PS)合金具有PS和PP的共同特点，其刚性和冲击性能高于PP。而获得良好性能的关键是增加两相之间的相容性，使其粒子分散更加均一，性能更好。现在采用接枝共聚物或者物理方法增容PP/PS合金的研究取得了很大的进展[1]。传统的PP/PS合金制备的方法是加入各类相容剂在双螺杆中挤出造粒。这样的工艺使得其共混合金相粒子分散很好,但是由于经过了双螺杆挤出的高剪切作用,使得聚合物分子断链、摩尔质量减小,影响制品的综合性能。本文主要研究PS原料粒径不同对PP/PS体系性能的影响,从而期望开辟一条聚合物增容的新途径。
1实验部分
1.1原料及设备
　　PP:1400，燕山石化;PS:GPPS2525,湛江中美化工；SBS:YH2805，岳阳石油化工。
　　高速混合机：GH210型，北京塑料机械厂;注塑机:DPⅡ290型,广州市华新科机械有限公司；台式电子万能材料试验机：5566型，美国Instron公司;摆锤冲击试验机:POE2000型美国Instron公司；Braban2der流变工：Plasti-Corder工作站。
1.2试样制备
　　首先机械粉碎PS粒料，再利用多孔筛对粉碎的PS料进行分级。
　　将备好的平均粒径为0.5、1.5、3mm的PS分别与PP按质量比2/8配好，在高混机中分别混合均匀。将混合好的3组料均分为两分,在其中1分的三组料中各加入5%的相容剂SBS，分别在高混机中机械混合均匀。
　　以上6组原料分别在注塑机上注塑成型，各段温度为:190、210、215、215℃;注射压力设定为50MPa。再将注塑的样条切样、标记,待测试用。
　　另外，利用Braband共混密炼，测试流变性能后，制成样条，标记，待测试用。
1.3性能测试
　　拉伸强度：按GB/T1040—1992测试;冲击强度:按GB/T1843—1996测试，冲击样品缺口用冲击试验机铣缺口；Braband密炼测试扭矩值。
2结果与讨论
　　Lee等[2]观察到PS质量分数小于80%时，PS为分散相；大于80%时，PS为连续相。Wang等[3]研究发现，PS质量分数小于70%时，分散相是PS,分散相平均粒径随PS含量的增加而变大;质量分数大于80%时分散相变为PP；质量分数在70%～80%呈双连续相结构。Halimatudahliana等[4]由电镜照片发现，PS质量分数小于50%时，PS为分散相；而PS组分大于50%时，形成双连续相[5]。
　　所以本论文选择PS的质量分数为20%，以期望得到平均粒径更加明显的影响效果。
2.1平均粒径大小对流变性能的影响
　　图1为未加相容剂时，PS平均粒径与合金扭矩的关系图。由图1可见,随着PS平均粒径的变小，扭矩值升高,合金熔体的黏度增加。这表明PS平均粒径的减小后，粒子更好地分散在PP中，两相相互作用力增加，黏度上升[6]，扭矩增大。

2.2PS平均粒径对合金力学性能的影响
　　图2为PS平均粒径大小对合金拉伸性能的影响。从图2a可以看出，合金拉伸强度随着平均粒径的减小而下降，并且下降趋势越来越明显。这表明PS平均粒径变小以后,PS更好地分散在PP相中。当受到拉伸力时，PP连续相先断裂。使得拉伸强度下降。

　　从图2b可以看出,SBS作为相容剂，在PS和PP相间形成中间界面。PP和PS相容性得到了改善后，合金的拉伸性能依旧随着平均粒径的减小而下降。
　PS平均粒径的变化对冲击强度的影响如图3所示。从图3a可以看出，随着PS平均粒径的减小，冲击强度不断增加。由此可见，PS平均粒径越小，合金受到冲击时，冲击应力能很好的分散，避免应力集中到连续相中。

　　从图3b可以看出，当添加5%的SBS时，PS平均粒径与合金冲击强度的关系。同样出现随着PS平均粒径的减小，冲击强度不断增加的趋势。可以这样理解，加入相容剂，一方面增容后的合金，两相界面间有增容剂的作用，降低了相间的界面张力，增加了相间黏合。当材料受到外力时，这种良好的界面结构可以起到应力分散作用，避免在界面区域发生应力集中，从而提高了材料的抗冲击性能[7]。另一方面，PS粒子更好地分散到连续相中，能很快地分散冲击应力。
　　由图2和图3可知，加入相容剂SBS以后，相同PS平均粒径的合金的冲击强度提高，拉伸强度下降。显然，加入相容剂SBS后，PP与PS之间的相容性增加，分散性进一步提高。同样，从图2和图3可以看出，随着PS粒径的减少，合金的力学性能出现拉伸强度下降，冲击强度上升的趋势。
　　由此比较中可以看出，加入相容剂和减小原料的平均粒径都会增加PP和PS的相容性，对聚合物力学性能得到改善。而且PS的平均粒径减小到0.5mm时能超过加入5%的相容剂SBS的效果。
　　表1为合金力学性能的对比表。从表1可以看出，PP、PS的普通粒径，加入5%相容剂时，合金试样拉伸强度由36.67MPa降低到32.02MPa，降低了12.68%，冲击强度由3.54kJ/m2提高到3.96kJ/m2，提高了9.04%。PS平均粒径减小到0.5mm时，合金试样拉伸强度由36.67MPa降低到35.19MPa，降低4.04%，冲击强度由3.54kJ/m2提高到3.96kJ/m2，提高11.86%。这些数据表明，与加入5%SBS相容剂的方法相比，减小原料平均粒径的方法不仅可以减小PP/PS合金拉伸强度的降低程度，而且还可以较大幅度地提高合金的冲击性能，即减小原料平均粒径的方法对于PP/PS合金的综合力学性能的提高更加有利。

3结论
　　实验研究结果表明：PS平均粒径的减小有利于PP/PS复合材料的增容作用，对材料的力学性能和流变性能也有较大的影响。与加入质量分数为5%相容剂SBS的PP/PS合金性能进行对比，使用较小粒径的PS原料，更有利于PP/PS合金的增容作用,其综合力学性能更佳。
参考文献
[1]冯长根,李鑫.聚丙烯/聚苯乙烯共混物形态研究进展[J].化工进展,2004,23(11):1179-1183.
[2]LEESG,LEEJH,CHOIKY,etal.Glasstransitionbehaviorof　polypropylene/polystyrene/styreneethyleneropyleneblockcopolymerblends[J].PolymBull,1998,40:765-771.
[3]WANGY,XIAOY.ThemorphologyandmechanicalpropertiesofdynamicpackinginjectionmoldedPP/PSblends[J].Poly2mer,2003,44:1469-1475.
[4]ISMAILH,NASIRM.Morphologicalstudiesofuncompatibilizedandcompatibilizedpolystyrene/polypropyleneblend[J].PolymTest,2002,21:263-267.
[5]游长江,席宋.SEP和蒙脱土复合增强PP/PS合金的研究[J].中国塑料,2003,17(5):28-31.
[6]PAULDR,BUCKNALLCB.PolymerBlends[M].NewYork:JohnWiley,2000.
[7]沈勇,李瑞海.PP/PS合金的研制[J].塑料工业,2003,31(9):15-17.