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聚苯乙烯（PS）具有刚性、透明、易加工、价格低廉等优点，在众多领域得到广泛应用。但是PS拥有脆性大、冲击强度低的缺点。实验选用SEBS和纳米TiO2协同改性PS，研究PS/SEBS/纳米TiO2复合材料的形态与性能，期望获得强韧性的PS三元复合材料。采用扫描电子显微镜观察PS复合材料的形态结构，利用Nano Measurer1.2图像分析软件对弹性体数均粒径及粒径分布进行计算，借助组合冲击试验机、电子万能拉伸试验机、DSC、转矩流变仪、熔融流动速率仪等测试手段表征了复合材料的力学性能、热稳定性、流变性能和熔融指数。对弹性体和纳米TiO2填充的PS三元复合材料增韧机理进行了分析与探讨。结果表明：PS/SEBS/纳米TiO2复合材料随SEBS含量的增加分散相SEBS数均粒径增大，在0.6μm~1.4μm之间，SEBS粒径分布逐渐变窄；随纳米TiO2含量的增加，PS/SEBS/纳米TiO2复合材料分散相SEBS数均粒径先减后增。PS/SEBS-g-MAH/纳米TiO2复合材料分散相SEBS-g-MAH数均粒径比PS/SEBS/纳米TiO2复合材料SEBS数均粒径显著减小，在0.50μm以下。PS/SEBS-g-MAH/纳米TiO2复合材料拉伸强度降低幅度减弱，缺口冲击强度在弹性体含量为16%时，比PS/SEBS/纳米TiO2复合材料提高20%。冲击断面显示SEBS-g-MAH比SEBS更细微、更均匀地分散在PS中，表明SEBS-g-MAH作为增韧剂的有效性提高。在相同纳米TiO2含量下，二步法制备的PS复合材料SEBS数均粒径整体上比一步法制备的PS复合材料小。二步法制备的PS复合材料的增韧效果明显，但其拉伸强度下降。PS三元复合材料的热稳定性及流变性能提高；PS/SEBS/纳米TiO2复合材料的玻璃化转变温度高于纯PS。弹性体和纳米TiO2对PS的增韧作用不是二者独立增韧作用的简单加和，而是两者的协同增韧效应。