探析PA66/SEBS復合材料的制備及性能論文
聚酰胺66(PA66)因其眾所周知的工程應用性而具有很大的商業(yè)價值。作為一種工程應用型材料，PA66具有很多優(yōu)點，如良好的力學性能(包括強度和韌性)、耐熱性、耐腐蝕性、自潤滑性以及成型加工性。由于PA66的熔點、彈性模量較高，耐熱性優(yōu)良，因而廣泛應用于車輛、電子電氣、機械和光學領(lǐng)域。隨著汽車、電器、機械產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，對PA66類產(chǎn)品性能的要求也愈來愈高，這亦加速了PA66及其復合材料的發(fā)展進程。因此，近年來有關(guān)PA66復合材料的高性能化研究越來越受到眾人的關(guān)注。
雖然PA66的工業(yè)生產(chǎn)成本較低，但是其吸水性大、尺寸穩(wěn)定性差，因而制約了它在現(xiàn)代工業(yè)中的應用，所以需要通過改性的方法以改善其沖擊強度等性能，從而擴大其應用范圍。其中，橡膠彈性體增韌被認為是一種經(jīng)濟有效的增加聚酰胺(PA)韌性并擴大其使用范圍的方法，而且沒有增加生產(chǎn)成本或是降低產(chǎn)品的工程應用價值。因此，人們開始用橡膠彈性體來提高材料的韌性或是通過改善彈性體的性能來間接提高材料的力學性能。許多橡膠彈性體，如乙丙橡膠(EPR)、丁苯橡膠(SBR)和苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物(SEBS)等，已被成功地應用于熱塑性聚合物增韌改性。橡膠彈性體的增強增韌效果與其自身的種類、分散相粒子大小、界面結(jié)合性能、分散相粒子分布以及分散相的結(jié)構(gòu)等有關(guān)。
然而，大部分的橡膠彈性體與PA之間不具有良好的相容性，且不能很好地分散在PA基體中。橡膠彈性體需要在塑料基體中以很小的`尺寸分散才能起到增韌作用，而未改性的彈性體分散相只能形成平均粒徑為50 μm的顆粒，因此需要通過改性使其能夠形成微小粒子以起到增韌作用。在橡膠彈性體上接枝極性或活性單體，如馬來酸酐(MAH)等，可以增加橡膠粒子與PA基體之間的相容性。
PA66是一種極性高分子，而SEBS則是一種非極性三嵌段聚合物，將兩者混合后其界面相容性很差，因此需要加入增容劑以改善界面相容性，從而提高界面結(jié)合力。在SEBS分子鏈上接枝MAH形成SEBS-g-MAH接枝物后，其可以在熔融共混過程中與PA66分子鏈中的胺基進行反應，從而增大兩者之間的界面結(jié)合力，大大改善共混物的界面相容性，進一步提高共混體系的韌性。
本研究以SEBS為增韌劑，將其與PA66共混以對PA66進行增韌改性；同時加入SEBS-g-MAH作為增容劑，以改善PA66與SEBS之間的界面相容性。研究了彈性體SEBS的添加量對PA66/SEBS共混體系結(jié)晶性能、熱性能、相容性和力學性能的影響。
1 實驗部分
1.1 原料
PA66，CM3006G-30，注塑級，密度1.37 g/cm3，日本東麗工業(yè)株式會社；
SEBS，4055，注塑級，密度0.890 g/cm3，日本可樂麗公司；
SEBS-g-MAH，M1911，日本旭化成株式會社。
1.2 儀器與設(shè)備
雙螺桿擠出機，SJSZ-10A，武漢瑞鳴塑料機械制造公司；
微型注射機，SZS-15，武漢瑞鳴塑料機械制造公司；
電子萬能拉伸試驗機，YG065H，萊州市電子儀器有限公司；
X射線衍射儀(XRD)，D8 ADVANCE，德國Bruker公司；
掃描電子顯微鏡(SEM)，Quanta 250，美國FEI公司；
差示掃描量熱儀(DSC)，DSC-100，南京大展機電技術(shù)研究所。
1.3 PA66/SEBS共混試樣的制備
以PA66為基體，彈性體SEBS為分散相，SEBS-g-MAH為增容劑，采用熔融共混法制備不同比例的PA66/SEBS復合材料。其中，SEBS的用量(相對于100份PA66)分別為10、20、30和50份，SEBS-g-MAH的用量則固定為3份。將上述材料按比例混合后，加入3~4滴石蠟，采用雙螺桿擠出機將材料熔融擠出(一區(qū)245℃、二區(qū)260℃；轉(zhuǎn)速17.5 r/min)后直接注入微型注射機中注塑成型。
1.4 性能測試
XRD測試：采用X射線衍射儀測試樣品的結(jié)晶性能。電壓40 kV，電流30 mA，掃描范圍7~35°。DSC測試：采用差示掃描量熱儀測試共混物的熱性能。升溫速率10℃/min，氮氣流速50 ml/min。SEM觀察：采用掃描電子顯微鏡觀察樣品的斷面(液氮脆斷)形貌，放大倍數(shù)1 500倍。力學性能測試：采用電子萬能拉伸試驗機，按照GB/T 1040—1992測試材料的拉伸性能。
2 結(jié)果與討論
2.1 SEBS用量對PA66/SEBS復合材料結(jié)晶性能的影響
PA66是一種常見的半結(jié)晶性聚合物，由于PA66分子鏈中含有眾多氫鍵，因此利于其結(jié)晶。PA66還是一種多晶型聚合物，通常以較為穩(wěn)定的α晶型而不是γ晶型存在。在升溫的過程中，三斜α晶轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N三斜γ晶，這是PA66典型的Brill轉(zhuǎn)變。
2.2 SEBS用量對PA66/SEBS復合材料力學性能的影響
PA66/SEBS復合材料的拉伸強度隨SEBS用量的變化，同時對比了加增容劑和未加增容劑的復合材料的拉伸強度。從圖5可以看出，隨著SEBS用量的增加，復合材料的拉伸強度均呈現(xiàn)逐漸減小的趨勢。這是由于SEBS作為分散相分散在基體樹脂中，隨著其含量的增加，基體樹脂的相對含量下降，而復合材料的強度主要由基體PA66提供，SEBS之間的相互作用力遠小于SEBS與基體高分子之間的相互作用力，因此隨著SEBS用量的增加，材料的力學強度會有所下降。另外，隨著SEBS用量的增加，其在基體相中的分散變得不均勻，甚至出現(xiàn)局部團聚現(xiàn)象，導致材料在受到外力作用時能量不能及時地被彈性體分散相吸收或分散，從而形成應力開裂中心，造成復合材料的力學強度下降。
3 結(jié)論
(1)XRD測試結(jié)果表明，SEBS的加入沒有改變PA66的晶型，僅改變了α1和α2晶的相對含量。
(2)SEBS的加入降低了PA66的熔融溫度，并且隨著SEBS用量的增加，復合材料的熔融溫度呈逐漸下降的趨勢。
(3)隨著SEBS用量的增加，SEBS在基體相中發(fā)生團聚現(xiàn)象，容易引起應力集中，導致復合材料中兩組分之間的界面相容性下降。
(4)隨著SEBS用量的增加，復合材料的拉伸強度均逐漸減��；未加增容劑的復合材料的斷裂伸長率也呈逐漸減小的趨勢，而添加了3份增容劑的復合材料的斷裂伸長率則呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢，并且在SEBS用量為30份時達到最大值。
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