SEBS弹性体对聚丙烯形貌_力学性能和结晶性能的影响_伍增勇

SEBS弹性体对聚丙烯形貌、力学性能和

结晶性能的影响*

伍增勇,彭 娅,童荣柏,王 柯,李 峥,李 婕

(西华大学材料科学与工程学院,四川,成都 610039)

摘要:采用SEBS(氢化SBS)弹性体增韧PP。利用SE M、D SC、熔体指数、力学性能测试等研究不同SEBS含量的PP/SEBS共混物的力学性能、微观形态结构以及结晶性能。结果表明:SEBS可均匀分布在基体中,改善PP的加工流动性;SEBS的加入使得PP的球晶尺寸减小,结晶度降低;随着SEBS含量增加,共混物的冲击韧性有较大幅度的提高,而屈服强度略有下降:当加入25%的SEBS时,PP/SEBS共混物的冲击强度比纯PP提高近26倍,拉伸强度则仅仅降低23%。

关键词:PP;SEBS;增韧;力学性能;结晶

中图分类号:TQ325.14 文献标识码:A 文章编号:1001-9456(2010)03-0037-04

Influence of SEBS Elasto m er onM orpho l o gy,M echanical and C ryst allization of Polypropylene W U Zeng-yong,PENG Y a,TONG R ong-ba,i W ANG K e,L I Zheng,L I Jie

(Schoo l ofM a teria l s Sc i ence and Eng i neering,X i hua U n i ve rs i ty,Chengdu,S i chuan610039,China)

Abstract:SEBS e last moe r(styrene-e t hy l ene/buty lene-styrene tr i block copo l ym er)was utilized as a toughen i ng agen t for PP.The m echan i ca l properties,m orphology and crystal properti es of PP/SEBS blends w ith different content of SEBS w ere studied by SE M,DSC,m e lt fl ow index,no tched i m pact and tensil e prope rties tests.It revealed that SEBS dispers i ng un ifor m l y i n PP m atr i x could not on l y i m prove the processing fl ow ab ility but a l so decrease bo t h the cry sta l size and crystalli n ity o f PP.In PP/SEBS b l ends,although t he tensile properti es dec li ned a li ttl e,the i m pact strength increased consi derab l y.W hen add i ng 25%conten t SEBS,the i m pact strength of PP/SEBS blends was near l y26ti m es h i ghe r t han t ha t o f pure PP wh ile the tensile streng th o f PP/SEBS on l y reduced by23%of pure PP.

K ey word s:PP;SEBS;toughen i ng;m echan ica l prope rt y;cryta llizati on

聚丙烯作为世界五大通用塑料之一,应用十分广泛,但纯聚丙烯(PP)存在脆性高、韧性差等缺点[1],选取有效的增韧改性剂,可以改善PP在实际应用中的性能,如在汽车配件、建材、电器配件、包装材料、日用品中的应用。采用共混改性是改性聚丙烯常用方法之一,常用的改性材料有PE、BR、EPR、EPDM、POE 等。SEBS是由聚苯乙烯-聚丁烯-聚苯乙烯(SBS)分子中橡胶段聚丁二烯不饱和双键经过选择加氢而制得的新型改性弹性体[2]。目前,采用SEBS弹性体来增韧改性聚丙烯的研究国内外报道较少[3-4]。SEBS主链的饱和性高,具有比SBS优良的稳定性、耐热性、耐氧化性等性能,其使用温度可高达130 (SBS 仅为65 )。更重要的是SEBS链段中的氢化聚丁二烯嵌段与聚丙烯具有相容性,使PP/SEBS共混物两相相容性良好,共混物易获得良好的性能。1 试验

1.1 试剂与仪器

聚丙烯(PP):H-T-022(F401),中国石油兰州石化公司;

SEBS:G1654,美国K ra t on公司。

同向双螺杆挤出机:TSE-30A,南京瑞亚弗斯特高聚物装备有限公司;

注塑机:TT1-90 35,东华机械有限公司;

熔融指数测试仪:GT-7100-M I,高铁检验仪有限公司;

透射偏光显微镜:XP-203,上海立光精密仪器有限公司;

扫描电镜:S-3400N,日本H itach i公司;

差热扫描量热仪:N etzsch D SC200F3,德国耐驰公司;

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伍增勇等 SEBS弹性体对聚丙烯形貌、力学性能和结晶性能的影响 塑 料2010年 39卷 第3期

*收稿日期:2010-04-05

基金项目:西华大学人才引进项目(0421127);西华大学特种材料及制备技术省高校重点实验室开放研究基金(SZJJ2009-017)。

作者简介:彭娅(1975-),女,副教授,工学博士。从事高分子材料合成、聚合物共混填充改性、聚合物合金和聚合物基纳米复合材料等方面的研究和开发。E-m ai:l p engyar@163.co m。

冲击实验机:TC J-25,吉林省泰和实验机有限公司;

电子万能(拉力)实验机:M T6104,深圳市新三思计量技术有限公司。

1.2 样品制备与性能测试

将PP与SEBS按不同的比例在双螺杆挤出机熔融共混挤出,制备出质量含量5%、10%、15%、20%和25%的PP/ SEBS体系。挤出造粒后注塑成标准的冲击和拉伸样条。

拉伸性能按GB/T1040-92测试,拉伸速度为50mm/m in;悬臂梁缺口冲击强度按GB/T1843-1996测试;熔体指数按GB 3682-83标准测试;取少量试样放在玻片上使其加热熔融,压片,在偏光显微镜下观察PP晶体的形貌;将试样的冲击断面在环己烷中刻蚀后,喷金,采用扫描电镜观察其形貌;用D SC进行热分析,先快速升温至230 ,熔融保温5m i n后,按10 /m i n的速率降温至50 ,再按10 /m i n的速率升温至230 ,N

2

为保护气。

2 结果与讨论

2.1 熔体指数(M I)的分析

熔体指数是表征高聚物熔体流动性能的好坏,同时也是塑料加工性能的重要指标。由图1可知,相比较纯PP,熔体指数随SEBS含量的增加呈现出先提高后略降低达到一定值的变化趋势。这说明体系加入SEBS后,加工流动性得到了改善;同时,当SEBS质量含量超过20%后,M I不再随SEBS增加而变化。这是因为SEBS含量较少时,SEBS粒子分散于PP基体中,一定程度减少了PP链与链之间的缠结,使得链段的运动更加容易,表现出M I值增大的现象。随着SEBS含量的增加,由于SEBS本身的相对分子量较大,分子链缠结紧密,流动性差[5],体

系熔体指数的值会受到影响而略有下降。

图1 不同SEBS含量的PP/SEBS共混物的熔体指数

2.2 晶体形貌分析

从图2分析可知,随着体系中SEBS含量的增加,PP球晶晶粒尺寸逐渐减小,晶粒细化明显。等规聚丙烯熔体在降温过程中,结晶基本上是 球晶。球晶尺寸较大且边界清晰,结晶度高,具有良好的弹性模量和拉伸断裂强度,但晶粒间相互粘接较弱造成韧性差[6]。SEBS作为第二相加入,根据异相成核的原理,促进了PP的结晶速率和成核点的增加。随着SEBS含量的增加,PP形成球晶的尺寸逐渐减小,并且趋于不完整。当加入20%以上的SEBS时,观察不到PP的球晶,晶体被细化成小晶粒,这有助于共混物韧性的增加。

(a)P P;(b)PP/SEBS(5%);(c)PP/SEBS(10%);(d)PP/SEBS(15%);(e)P P/SEBS(20%);(f)PP/SEBS(25%)。

图2 不同SEBS含量的PP/SEBS共混物的晶体形貌

2.3 冲击断面SE M分析

将冲击后的样品断面浸泡在SEBS的良溶剂环己烷中刻蚀后的SE M形貌如图3所示。被刻蚀掉SEBS的孔洞较均匀地分散在PP基体中。随着SEBS含量的增加,分散相的尺寸逐步减小。且分散相形状从梭形变成圆形,说明SEBS与基体界面自由能增加,应力集中减小。当添加25%的SEBS时,SEBS相包埋在PP基体中,尺寸也更小,其比表面积进一步增加,SEBS相分散良好。当热塑性弹性体与PP具有良好相容性时,并以一

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塑 料2010年 39卷 第3期

(a)P P /SEBS(5%);(b)PP /SEBS(15%);(c )PP /SEBS(25%)。

图3 不同SEBS 含量的PP /SEBS 共混物的SEM 形貌( 1万)

定的粒径分布于PP 连续相中,热塑性弹性体可与PP 组成一种良好界面相互作用的两相或多相形态结构体系[7],也可使共混体系的韧性改善。

2.4 DSC 结果分析

由图4和表1分析可知,当加入SEBS 后,结晶温度T c 升高,熔融温度T m 下降,结晶度X c 降低。说明SEBS 作为第二相加入,可异相成核使得PP 结晶可以在较高的温度下发生。

根据异相成核原理,促进PP 成核点增多,共混物形成晶体时较多晶核同时进行晶体生长,比纯PP 的晶体完善程度差,致使熔融峰由宽变窄。SEBS 与PP 的相容性较好,在结晶过程中SEBS 对PP 分子链段运动造成一定的阻碍,使PP 与SEBS 产生链缠结,结晶度下降。同时PP 与SEBS 的相容性产生的链缠结也使当SEBS 质量含量超过15%时,结晶温度并没有进一步提高。

(a )结晶曲线;(b)熔融曲线。1-PP ;2-PP -SEBS(5%);3-PP -SEBS(15%);4-PP -SEBS(25%)。

图4 不同SEBS 含量的PP /SEBS 共混物的结晶和熔融曲线

表1 不同SEBS 含量的PP /SEBS 共混物的DSC 数据PP /SEBS T c / T m / H c /(J /g)X c /%PP

114.6166.785.6440.98PP /SEBS (5%)117.7166.077.2636.97PP /SEBS (15%)119.3164.564.6130.91PP /SEBS (25%)

119.4

164.2

63.14

30.21

2.5 SEBS 对PP 力学性能的影响

随着SEBS 的加入,体系的冲击强度不断提高,见图5。加入5%的SEBS 时,体系的冲击强度提高了1倍;加入15%SEBS ,冲击强度提高了3倍;而增加至25%时,冲击强度提高了近26倍。这与球晶观察的结果是相对应的,随着SEBS 含量的增加,PP 球晶晶粒尺寸减小,晶粒细化,PP /SEBS 共混物的韧性提高。从SE M 的断面观察可知,弹性体以分散相形式分散于基体树脂中,分散相弹性体粒子之间存在一定的临界厚度,受外力作用时,弹性体粒子成为应力集中点,它在冲击下发生变形,若两相界面粘结良好,会导致颗粒所在区域产生大量银纹和剪

切带而消耗能量从而起到增韧作用[8-10]。SEBS 颗粒还可阻滞、转向并终止小裂纹发展;产生在PP 相中的银纹可穿过小于其宽度的SEBS 粒子而生长,不至于发展成具有破坏性的裂纹[7],使体系的韧性增加。另外,D SC 结果也表明:随着SEBS 含量的增加,共混物的结晶度减小,分子链排列趋疏松,空隙

率

图5 不同SEBS 含量的PP /SEBS 共混物的冲击强度

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塑 料

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上升,材料受到冲击后,分子链段活动增大,冲击强度提高。2.6 SEBS 对PP 拉伸性能的影响

由图6可知,随着SEBS 含量的增加,体系的拉伸强度呈逐渐降低的趋势。当加入SEBS 质量含量为5%时,体系的拉伸强度约为纯PP 的90%;当SEBS 质量含量为15%时,体系的拉伸强度为纯PP 的84%;当继续加入25%SEBS ,体系拉伸强度为纯PP 的77%。这是由于SEBS 等一类弹性体的屈服强度都较PP 低,因而这些增韧剂的加入都会影响PP 的屈服强度[11]。但是当加入25%的SEBS ,其共混物的拉伸强度与纯PP 相比仅仅降低了23%,降幅较低,这与SEBS 与PP 相容性较好

有关。

图6 不同SEBS 含量的PP /SEBS 共混物的拉伸强度

3 结论

SEBS 是一种性能优异的PP 增韧改性剂。在SEBS /PP 共混体系中,SEBS 可均匀地分散于基体中,且与PP 具有较好的相容性,因此对PP 的结晶性能、流动性以及力学性能等产生一定的影响:体系的流动性得到明显的改善;晶粒细化,PP 结晶温度

升高,结晶度降低;在拉伸强度略有下降的基础上,冲击韧性有明显提高。

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