论文部分内容阅读
丙烯腈-苯乙烯-丙烯酸酯三元共聚物(ASA)由于用丙烯酸酯替代了丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三元合金(ABS)中聚丁二烯橡胶相,解决了ABS的耐老化问题,并且由于其具备众多优异性能,有取代ABS、聚氯乙烯(PVC)等型材的趋势。然而,ASA制备技术较为复杂,其使用成本相对较高,故而对其进行共混改性降低其使用成本有助于加快其市场化步伐。本文主要研究了ASA/丙烯腈-苯乙烯共聚物(SAN)的聚合物合金的制备及其增韧改性。主要目的在于制备性能优异的共混型ASA。 首先,从聚合物的相容性出发,选用ASA与SAN进行共混,用熔融共混的方法制备不同组分的ASA/SAN二元合金并研究了其结构与性能。DSC以及DMTA结果显示二元合金均只显示出一个Tg,表明共混物具有良好的相容性。并且SEM的结果证实了这一推断。FTIR结果显示,合金材料各基团间无明显的相互作用,表明ASA/SAN合金的制备为物理共混的过程。SAN的加入降低了ASA的冲击强度、断裂伸长率,但同时提高了其拉伸强度、弯曲强度以及弯曲模量等性能。此外,SAN的引入提高了材料的耐热性、硬度以及加工性能。 由于SAN的引入导致了合金冲击强度急剧下降,而材料在实际应用中,韧性为一个相当关键的指标。因此,对ASA/SAN二元合金进行增韧改性显得尤为重要。考虑到核-壳结构增韧剂丙烯酸酯类抗冲击改性剂(ACR)壳组分与SAN有较好相容性,内核为聚丙烯酸乙酯或者聚丙烯酸丁酯,与ASA中橡胶相成分相近,故而选用ACR对ASA/SAN合金进行增韧改性。而结果显示无论对于ASA/SAN(70/30)还是ASA/SAN(30/70)合金而言,ACR对冲击强度的影响均不是很大:ASA/SAN/ACR(70/30/0-30)三元合金的冲击强度随ACR含量的变化不大,而ASA/SAN/ACR(30/70/0-30)三元合金中虽观察到脆韧转变现象,但冲击强度仅从1.0 kJ/m2升高到6.9 kJ/m2,其绝对数值相对较小,合金的韧性还有待进一步增加。 由于ACR的刚性壳在材料中为应力集中点,在一定程度上影响了其增韧效果,故而选用丁腈橡胶(NBR)纯橡胶相对ASA/SAN(30/70)合金进行增韧改性,并比较了不同丙烯腈含量NBR增韧效率的差别。研究显示,所制备合金的热变形温度随AN含量的增加而有所降低,但幅度不大;熔体流动速率随AN含量的增加而不断增加;不同AN含量NBR对合金红外谱图无显著影响。力学性能结果显示20 phr AN含量为20 wt% NBR改性所制备的ASA/SAN/NBR三元合金显示出最好的力学性能,其冲击强度可提高到18.8 kJ/m2,而高丙烯腈含量的NBR(AN含量为35 wt%和41 wt%)对ASA/SAN(30/70)增韧效果不明显。 NBR对ASA/SAN(30/70)增韧效果有限,粉末丁腈橡胶(PNBR)与块状橡胶相比,粒径小分散性好,主要用来对聚氯乙烯(PVC)进行增韧改性,能提高制品的耐油性、耐寒、抗老化等性能。故而,将PNBR作为ASA/SAN(30/70)的增韧改性剂,亦在进一步增加其韧性。研究结果显示PNBR有效的增韧了ASA/SAN(30/70)二元合金,观察到明显的脆韧转变现象,ASA/SAN/PNBR(30/70/30)的冲击强度为59.8 kJ/m2,同时弯曲性能、硬度以及流动性等性能略有下降。综合比较各力学性能指标,发现ASA/SAN/PNBR(30/70/20)三元合金在达到较好韧性的同时(51.8 kJ/m2),其他性能的下降相对较小。 由于NBR、PNBR中均有双键的存在,在一定程度上会影响到合金体系的耐老化性能。氢化丁腈橡胶(HNBR),其饱和的碳碳主链赋予了它优良的弹性、良好的耐热性、耐老化性以及耐寒性。故而,HNBR在增韧ASA/SAN合金对其耐老化性的影响较小。研究结果显示,HNBR的引入对ASA/SAN合金的耐热性无明显影响,其热变形温度基本不变,而MFR的数值下降相较于PNBR而言较小。作为该合金体系最重要的性能冲击强度有了显著提高:30 phr HNBR加入到ASA/SAN合金中,其冲击强度从1.0 kJ/m2提高到43.7 kJ/m2。 基于以上工作,HNBR为ASA/SAN共混改性体系较为理想的增韧剂,ASA/SAN/HNBR三元合金能很好的兼顾韧性、耐热性和耐候性等方面,表现出良好的综合性能。