CN101250306B - 高韧性热塑性弹性体/聚苯乙烯复合材料及其制备方法 - Google Patents

高韧性热塑性弹性体/聚苯乙烯复合材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种高韧性热塑性弹性体/聚苯乙烯复合材料的制备方法，包括具体步骤：将热塑性弹性体/聚苯乙烯经双螺杆共混挤出并通过注塑机初步成型；在平板硫化机提供的单轴压力下，材料在限制侧边界的模具内以固态形式发生强迫流动，从而使其内部结构发生变化。该复合材料的冲击韧性大幅提高，其拉伸强度、弯曲模量和断裂伸长率等其它力学性能也得到较显著改善，其制备方法所需设备简单、易操作、耗能耗时小，可改进达到工业上的连续批量生产。

Description

高韧性热塑性弹性体/聚苯乙烯复合材料及其制备方法
技术领域
本发明属聚苯乙烯复合材料及其制备领域，特别是涉及一种聚苯乙烯(PS)与热塑性弹性体(SBS)组成的复合材料及其制备方法。
背景技术
聚苯乙烯(PS)塑料是指大分子链中包含有苯乙烯的一类塑料，是目前用量最大的通用塑料之一。PS的结构特点是大分子主链为饱和烃类聚合物，侧基为体积大的苯环，因而PS具有良好的电性能、化学性能、拉伸性能、刚性、尺寸稳定性和较高的硬度。然而，也正是侧苯基的存在，使主链骨架上的位置上的氢原子活化，在空气中易氧化生成过氧化物，进而引起降解使分子量降低，致使PS存在低温抗冲击性能差、易脆化的弱点。为此国内外学者对PS进行了大量的改性研究工作，以改善聚苯乙烯的韧性。
传统的增韧方法大多是引入少量的橡胶类弹性组分，一般都有明显的增韧效果。但是，该增韧方法由于引进了低模量、低强度的橡胶相，常常使材料在抗冲击强度提高的同时，其刚度、拉伸强度和加工性能都有不同程度地降低。
唐卫华，唐健，***(唐卫华，唐健，***，塑料工业，2002，30(1)：15-16)研究了聚苯弹性体(PSE)与聚苯乙烯(PS)共混对PS力学性能的影响。结果表明PSE树脂与PS可以相容，且这种相容性随树脂中苯乙烯质量分数的提高而增大。PSE和PS共混可以得到力学性能优异的韧性材料。
夏新江(夏新江等，中国塑料，1998，(4)：45)用凝聚包覆法制备粒径小于1mm的SBR-g-St粉末，并将其与PS共混。结果表明：SBR-g-St熔体流动速率为24.3，接枝率为28.1％，SBR-g-St中SBS与接枝St的质量比为65/35时共混物的无缺口冲击强度可达48.5KJ/m2，是未增容PS的21.6倍；但其弯曲强度和拉伸强度有所下降。
增韧方法中也有用顺丁橡胶(BR)和丁苯橡胶(SBR)作为PS的改性剂，韧性有所增加，但效果不太明显，其原因是橡胶相和树脂相的相容性较差。而热塑性弹性体SBS是苯乙烯(S)和丁二烯(B)的嵌段共聚物，SBS中S嵌段与PS均聚物结构相同。根据相似相容原理可以判断：这两者的相容性较好。SBS具有高弹性，高摩擦系数，低温性能良好，耐酸耐碱优良并且SBS在加工时不需要专门的硫化过程。有人用SBS对PS进行改性是可行的，但又由于PS耐热性不好(70℃-98℃)，因此提高PS的耐热性和抗冲性一直是其改性的重要课题。
袁绍彦，黄锐等(袁绍彦，黄锐等.合成橡胶工业，2002，25(4)：251)研究了纳米碳酸钙和SBS和PS共混，结果表明纳米碳酸钙和SBS能协同增韧PS，且共混物拉伸强度得到提高，其物理机械性能达到或超过HIPS。PS/SBS共混物的冲击强度随SBS的加入而提高，但拉伸强度和热性能均随SBS含量的提高而下降；加入碳酸钙后三元共混物的热性能得到提高；冲击强度和拉伸强度随碳酸钙含量的增加而下降。
目前，对于在PS中只加入SBS，既可以提高其冲击强度又可以提高其拉伸强度还没有相关报道。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高韧性的热塑性弹性体(SBS)/聚苯乙烯(PS)复合材料及其制备方法，通过改变成型加工方式来改变材料内部微观形态结构，从而获得该材料冲击强度的大幅提升，同时在一定程度上改善弯曲模量、拉伸强度和断裂伸长率等其它力学性能，该方法所需设备简单、易操作、耗能耗时小，可改进达到工业上的连续批量生产，前景相当可观。
本发明的一种高韧性的热塑性弹性体(SBS)/聚苯乙烯(PS)复合材料，是由热塑性弹性体(SBS)和聚苯乙烯(PS)经压力诱导流动成型(PIFP)制备而成，其中，SBS和PS的质量比为0～40/100～60。
本发明中所用聚苯乙烯PS为一种无色透明的热塑性塑料，硬而脆，耐冲击性能差。
本发明中所用热塑性弹性体SBS(YH-792)是介于橡胶和塑料之间的高分子化合物，是一种常温下具有橡胶弹性，高温下又能像热塑性塑料那样熔体流动的热塑性弹性体。
本发明的高韧性的热塑性弹性体(SBS)/聚苯乙烯(PS)复合材料的制备方法，包括具体步骤：
(1)将干燥的聚苯乙烯(PS)和热塑性弹性体(SBS)按不同的质量比(0～40/100～60)预混合，经双螺杆挤出机共混造粒，得到所需的复合材料，挤出的四段温度范围为120～196℃；
(2)将上述粒料真空干燥后，经注塑机加工初步成型，注塑机出口温度为175～225℃，熔胶压力为80.0～120.0bar；
(3)将注塑成型样条放入与之宽度相等、长度为80mm的模具内，使用平板硫化机在材料纵深(铅垂)方向加压，样条在压力下以固态形式朝两头产生流动，模具及材料的温度为0～150℃，压强为0.1～100GPa，保压时间为1～150分钟；
(4)保压结束后，脱模取出样品，即得产品。
所述步骤(3)中的温度优选为40～120℃，压强优选0.1～2GPa，最优选200～700MPa，保压时间优选为1～20分钟。
本发明先制备一定组分含量的热塑性弹性体(SBS)/聚苯乙烯(PS)复合材料并通过注塑机初步成型；在平板硫化机提供的单轴压力下，材料在限制侧边界的模具内以固态形式发生强迫流动，从而使其内部结构发生变化。综合作用下，各项力学性能尤其是冲击韧性获得极大提高。
本发明的有益效果：
本发明的方法可以提高热塑性弹性体(SBS)/聚苯乙烯(PS)复合材料的韧性。不同的加工条件对不同SBS含量的材料会有不同的改性程度，在合适的条件下，材料的冲击强度可以提高到改性前的近8倍。本发明的方法在提高热塑性弹性体(SBS)/聚苯乙烯(PS)复合材料冲击强度的同时，也将其拉伸强度及模量提高1～2倍，并保持或略微增加断裂伸长率。
本发明的方法能够以很大幅度提高热塑性弹性体(SBS)/聚苯乙烯(PS)复合材料的冲击韧性，同时在一定程度上改善拉伸强度、弯曲模量和断裂伸长率等其它力学性能。
本方法不影响材料的分子结构、不降低其它性能，设备简单、容易操作、耗能耗时很小，通过简单的进一步改进可以做到连续批量生产的工业应用，其应用前景相当可观。
附图说明
图1是SBS/PS(10/90)复合材料的动态力学分析图谱。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
                            实施例1
将干燥的聚苯乙烯(PS)和热塑性弹性体(SBS)按不同的质量比(0～40/100～60)预混合，经双螺杆挤出机共混造粒，得到所需的复合材料，挤出的四段温度范围为120～196℃。将上述粒料真空干燥后，经注塑机加工初步成型，注塑机出口温度为175～225℃，熔胶压力为80.0～120.0bar，得到实验所需样条。将注塑成型样条放入与之宽度相等、长度为80mm的模具内，使用平板硫化机在材料纵深(铅垂)方向加压，样条在压力下以固态形式朝两头产生流动，模具及材料的温度为0～150℃，压强为0.1～100GPa，保压时间为1～150分钟。保压结束后，脱模取出样品，即得产品。
                        实施例2
如实例1所得的SBS/PS(0/100)在300MPa压力下，改变加工温度，压力诱导流动成型5分钟后的微观结构改变不大及其冲击强度没有明显的提高。如表1。
表1.SBS/PS(0/100)在压力诱导流动成型后的冲击强度(300MP，5min)
Figure S2008100352467D00041
                       实施例3
如实例1所得的SBS/PS(10/90)在300MPa压力下，改变加工温度，压力诱导流动成型5分钟后的微观结构改变及其冲击强度的提高。如表2。
表2.SBS/PS(10/90)在压力诱导流动成型后的冲击强度(300MP，5min)
Figure S2008100352467D00042
                       实施例4
如实例1所得的SBS/PS(10/90)在300MPa压力下，改变加工温度，压力诱导流动成型5分钟后的微观结构改变及其拉伸强度的变化。如表3。
表3.SBS/PS(10/90)在压力诱导流动成型后的拉伸强度(300MP，5min)
                       实施例5
如实例1所得的SBS/PS(40/60)在300MPa压力下，改变加工温度，压力诱导流动成型5分钟后的微观结构改变及其拉伸强度的变化。如表4。
表4.SBS/PS(10/90)(40/60)在压力诱导流动成型后的拉伸强度(300MP，5min)
Figure S2008100352467D00052
                       实施例6
如实例1所得的SBS/PS(10/90)和SBS/PS(40/60)在70℃的温度条件下，改变压力，压力诱导流动成型5分钟后的微观结构改变及其拉伸强度的变化。如表5。
表5.SBS/PS(10/90)(40/60)在压力诱导流动成型后的拉伸强度(70℃，5min)
Figure S2008100352467D00053

Claims (2)

1.一种高韧性的热塑性弹性体SBS/聚苯乙烯PS复合材料的制备方法，包括具体步骤：
(1)将干燥的聚苯乙烯PS和热塑性弹性体SBS按90/10的质量比预混合，经双螺杆挤出机共混造粒，得到所需的复合材料，挤出的四段温度范围为120～196℃；
(2)将上述粒料真空干燥后，经注塑机加工初步成型，注塑机出口温度为175～225℃，熔胶压力为80.0～120.0bar；
(3)将注塑成型样条放入与之宽度相等、长度为80mm的模具内，使用平板硫化机在材料纵深方向加压，样条在压力下以固态形式朝两头产生流动，模具及材料温度为50℃、60℃、70℃、80℃、90℃或100℃，压强为300MPa，保压时间为5分钟；
或温度为70℃，压强为150Mpa、450Mpa或600Mpa，保压时间为5分钟；
(4)保压结束后，脱模取出样品，即得产品。
2.一种高韧性的热塑性弹性体SBS/聚苯乙烯PS复合材料的制备方法，包括具体步骤：
(1)将干燥的聚苯乙烯PS和热塑性弹性体SBS按60/40的质量比预混合，经双螺杆挤出机共混造粒，得到所需的复合材料，挤出的四段温度范围为120～196℃；
(2)将上述粒料真空干燥后，经注塑机加工初步成型，注塑机出口温度为175～225℃，熔胶压力为80.0～120.0bar；
(3)将注塑成型样条放入与之宽度相等、长度为80mm的模具内，使用平板硫化机在材料纵深方向加压，样条在压力下以固态形式朝两头产生流动，模具及材料温度为50℃、60℃、70℃或80℃，压强为300MPa，保压时间为5分钟；
或温度为70℃，压强为150Mpa或450Mpa，保压时间为5分钟；
(4)保压结束后，脱模取出样品，即得产品。
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