高胶粉有机硅共混物的制备与性能研究

发布日期:2015-05-05 12:48:46
高胶粉有机硅共混物的制备与性能研究
苯乙烯-丙烯腈共聚物(SAN)是一种性能优 良的工程塑料,具有加工性能好、模量髙、制品 表面光洁、尺寸稳定性好等优点,广泛应用于仪 表、汽车、电子等行业,但由于其冲击韧性差、 缺口敏感性大,应用范围受到很大限制 。髙胶 粉是一种髙效的冲击改性剂,将其与SAN共混, 可以克服单一组分性能的不足,综合SAN的刚性 和髙胶粉的韧性,使共混物的性能得到提升' 通常,只有在髙胶粉添加量较大时,SAN才能获 得较好的增韧效果,但此时共混物的流动性和刚 性下降明显,不利于生产加工。所以,通过添加 合适的助剂,在填充较少的髙胶粉时,提髙共混 物的力学性能和流动性能具有十分重要的意义。 本文以髙胶粉为增韧改性剂,添加适量的有机硅, 研究髙胶粉和有机硅的用量对共混物力学性能和 流动性能的影响。
 
1实验部分1.1原材料SAN,SP23N,常州新湖石化有限公司; 髙胶粉,DP60,常州新湖石化有限公司; 有机硅,进口;抗氧剂,1010,市售。
 
1.2仪器与设备双螺杆挤出机,TE-34,化工部化机研究所塑料注射机,HYF-600,宁波海鹰塑料机械 有限公司;高速混合机,200L,辽宁阜新轻工机电设备厂 微机控制电子万能材料试验机,WDT-5,深 圳市凯强利机械有限公司;悬臂梁缺口冲击试验机,XJU-2.5,承德市试 验机厂;熔体流动速率试验机,ZRZ1402,深圳市新 三思材料有限公司。
 
1.3试样制备将高胶粉、SAN、有机硅及加工助剂按一 定比例在高速混合机混合均匀后,经双螺杆挤出 机挤出、造粒,挤出机各段温度分别为180"C、 200〇C、200〇C、210〇C、210〇C,螺杆转速为 120r/ mm。粒料放入干燥箱中烘干,用注射机注塑成 标准样条。注射机各段温度分别为180C、190C、 200C、195C,注射压力80MPa。测试样条在干 燥恒温环境中放置24h后,用于性能测试。
 
1.4性能测试拉伸性能测试按照ASTM D638标准进行,工 作截面尺寸为12.7mm x 3.2mm;悬臂梁缺口冲击强度测试按照ASTM D256标 准进行,工作截面尺寸为6.35mm x 10.20 mm;弯曲性能测试按照ASTM D790标准进行,工 作截面尺寸为25mm x 3.2mm x 8mm,跨度50mm, 试验速度1.3mm/min;熔体流动速率(MFR)测试按照GB3682—2000 标准进行,温度220C,负荷10kg。
 
2结果与讨论2.1高胶粉含量对SAN/高胶粉共混物性能 的影响高胶粉含量/%▲图2高胶粉含量对SAN/高胶粉共混物 冲击强度的影响Fig.2 Effect of high glue powder content on impact strength of SAN/ high glue powder blend图1是高胶粉用量对SAN/高胶粉共混物拉伸 强度的影响。由图1可以看出,随着高胶粉用量的 增加,SAN/高胶粉共混物拉伸强度缓慢下降,当 高胶粉用量超过30%时,共混物的拉伸强度急剧 下降。这是因为:作为橡胶相的高胶粉的拉伸强 度远小于连续相SAN,引入高胶粉之后,连续相 SAN中极性基团数目相对减少,在一定程度上削 弱了分子间的作用力。图2给出了高胶粉含量对 SAN/高胶粉共混物冲击强度的影响。由图2可知, 随着高胶粉含量从20%增加到40%,SAN/高胶粉 共混物的冲击强度从90J/m上升到240J/m。当高胶 粉含量超过30%时,冲击强度上升趋势更为明显。 共混物的轫性强烈依赖于各组分的力学性能[3]。按 照经典理论:脆性塑料中加入橡胶,共混物轫性 提高不是因为橡胶粒子本身吸收能量,而主要是 因为橡胶相高胶粉分散在SAN基体中,形成”海- 岛”结构,高胶粉作为应力集中点,在外力作用 下可以诱发大量银纹和剪切带,银纹与银纹相遇SAN/高胶粉/有机硅共混物的制备与性能研究时会发生转向或支化,所有这些过程的协同作用, 能够吸收大量的冲击能,从而延缓了材料的破坏 过程,有利于材料轫性的提高'1004400eds/鹋髁租Ir4000360032002800左2/_蝼租?
 
T二 25 -1'^ 20 -CD215 -1015202530354045高胶粉含量/°%▲图4高胶粉含量对SAN/高胶粉共混物 MFR的影响Fig.4 Effect of high glue powder content on MFR of SAN/ high glue powder blend图3是高胶粉含量对SAN/高胶粉共混物弯曲 性能的影响。由图3可以看出,随着高胶粉含量的 增加,共混物的弯曲强度和弯曲模量呈下降趋势。 这是因为:高胶粉是软质橡胶相,其弯曲模量和 弯曲强度均较低,与SAN共混使得共混物刚性降 低。在高胶粉用量增加到30%时,共混物的弯曲 强度是84MPa,弯曲模量是3 100MPa,弯曲性能 下降较为明显。图4是高胶粉含量对SAN/高胶粉 共混物MFR的影响。从图4可以看出,随着高胶粉 含量的增加,SAN/高胶粉共混物MFR呈下降趋势。 这是由于高胶粉本身的流动性较基体树脂SAN差, 高胶粉中存在部分双键,对剪切作用较为敏感, 在熔融共混过程中可能形成微交联颗粒,从而导 致共混物流动性下降[5]。
 
综上所述,在高胶粉含量从20%增加到30% 的过程中,SAN/高胶粉共混物的拉伸性能和弯曲性能小含量超和弯曲为有机硅影响。
 
幅下降,冲击性能稳步提高;而当高胶粉 过30%时,SAN/高胶粉共混物的拉伸性能 性能大幅下降,轫性增加明显。
 
了得到刚性和轫性平衡的共混材料,考察 用量对SAN/高胶粉(70/30)共混物性能的2.2有 的影响机硅用量对SAN/高胶粉共混物性能?16028550 5 0 5 0 5 4 4 3 31501401306050840002000▲图6有机硅用量对SAN/高胶粉共混物 弯曲性能的影响g.6 Effect of organosilicon content on flexural property of SAN/ high glue powder blend24{.EE0【)? 61/yLL.lAI▲图7有机硅用量对SAN/高胶粉共混物 MFR的影响Fig.7 Effect of organosilicon content on MFR of SAN/ high glue powder blend提高。从图5和图6可以看出,随着有机硅含量的增 加,SAN/高胶粉共混物的拉伸性能、弯曲性能等 刚性指标略有下降,而流动性能变化平稳。这是由 于有机硅分子是一种柔性分子,容易蜷曲呈螺旋状 结构,分子间距离较大,具有很好的压缩性,而且 与SAN/高胶粉界面有一定的界面黏结力。所以材料 刚性下降不明显。
 
▲图8有机硅用量对SAN/高胶粉共混物 冲击强度的影响Fig.8 Effect of organosilicon content on impact strength of SAN/ high glue powder blend图5-图7是有机硅用量对SAN/高胶粉共混物刚 性和流动性能的影响。从图5-图7可以看出,在试 验范围内,有机硅的加入对共混物的拉伸性能、弯 曲性能及流动性能影响不大。图8是有机硅用量对 SAN/高胶粉共混物冲击强度的影响。从图8可以 看出,0.2%有机硅的加入使得共混物冲击强度从 125J/m迅速提高到241J/m。继续增加有机硅用量, 共混物冲击强度基本保持不变。少量有机硅的加 入,能够在基本保持SAN/高胶粉共混物刚性的前 提下,极大地改善共混物的冲击性能。这是由于有 机硅分子进入SAN和高胶粉分子链之间,能降低 粉末状高胶粉表面能,削弱高胶粉粒子的团聚倾向, 使高胶粉在连续相SAN中的分散更均匀,同时增加 SAN与高胶粉间的界面相容性。并且,有机硅的存 在也起到了润滑剂的作用,削弱了SAN和高胶粉分 子间的摩擦力,使得SAN/高胶粉的大分子链在外 力的作用下比较容易旋转和滑移[6]。当共混物受到 外力作用时,能够产生弹性形变吸收较多的冲击能 量。在几种作用的协同下,共混物的冲击强度显着3结论(1)在实验范围内,SAN/高胶粉共混物的刚性和轫性及加工流动性达到最佳结合的配方是SAN :高胶粉=70 : 30。
 
(2)极少量有机硅的加入,对SAN/高胶粉共混物刚性和加工流动性影响不大,但可以大幅度提高共混物冲击性能,在实验范围内,有机硅最佳用量为共混物总量的0.2%。