專(zhuān)利名稱(chēng)：高韌性熱塑性彈性體/聚苯乙烯復(fù)合材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬聚苯乙烯復(fù)合材料及其制備領(lǐng)域，特別是涉及一種聚苯乙烯(PS)與熱塑性彈性體(SBS)組成的復(fù)合材料及其制備方法。

背景技術(shù)：
聚苯乙烯(PS)塑料是指大分子鏈中包含有苯乙烯的一類(lèi)塑料，是目前用量最大的通用塑料之一。PS的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是大分子主鏈為飽和烴類(lèi)聚合物，側(cè)基為體積大的苯環(huán)，因而PS具有良好的電性能、化學(xué)性能、拉伸性能、剛性、尺寸穩(wěn)定性和較高的硬度。然而，也正是側(cè)苯基的存在，使主鏈骨架上的位置上的氫原子活化，在空氣中易氧化生成過(guò)氧化物，進(jìn)而引起降解使分子量降低，致使PS存在低溫抗沖擊性能差、易脆化的弱點(diǎn)。為此國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)PS進(jìn)行了大量的改性研究工作，以改善聚苯乙烯的韌性。
傳統(tǒng)的增韌方法大多是引入少量的橡膠類(lèi)彈性組分，一般都有明顯的增韌效果。但是，該增韌方法由于引進(jìn)了低模量、低強(qiáng)度的橡膠相，常常使材料在抗沖擊強(qiáng)度提高的同時(shí)，其剛度、拉伸強(qiáng)度和加工性能都有不同程度地降低。
唐衛(wèi)華，唐健，金日光(唐衛(wèi)華，唐健，金日光，塑料工業(yè)，2002，30(1)15-16)研究了聚苯彈性體(PSE)與聚苯乙烯(PS)共混對(duì)PS力學(xué)性能的影響。結(jié)果表明PSE樹(shù)脂與PS可以相容，且這種相容性隨樹(shù)脂中苯乙烯質(zhì)量分?jǐn)?shù)的提高而增大。PSE和PS共混可以得到力學(xué)性能優(yōu)異的韌性材料。
夏新江(夏新江等，中國(guó)塑料，1998，(4)45)用凝聚包覆法制備粒徑小于1mm的SBR-g-St粉末，并將其與PS共混。結(jié)果表明SBR-g-St熔體流動(dòng)速率為24.3，接枝率為28.1％，SBR-g-St中SBS與接枝St的質(zhì)量比為65/35時(shí)共混物的無(wú)缺口沖擊強(qiáng)度可達(dá)48.5KJ/m2，是未增容PS的21.6倍；但其彎曲強(qiáng)度和拉伸強(qiáng)度有所下降。
增韌方法中也有用順丁橡膠(BR)和丁苯橡膠(SBR)作為PS的改性劑，韌性有所增加，但效果不太明顯，其原因是橡膠相和樹(shù)脂相的相容性較差。而熱塑性彈性體SBS是苯乙烯(S)和丁二烯(B)的嵌段共聚物，SBS中S嵌段與PS均聚物結(jié)構(gòu)相同。根據(jù)相似相容原理可以判斷這兩者的相容性較好。SBS具有高彈性，高摩擦系數(shù)，低溫性能良好，耐酸耐堿優(yōu)良并且SBS在加工時(shí)不需要專(zhuān)門(mén)的硫化過(guò)程。有人用SBS對(duì)PS進(jìn)行改性是可行的，但又由于PS耐熱性不好(70℃-98℃)，因此提高PS的耐熱性和抗沖性一直是其改性的重要課題。
袁紹彥，黃銳等(袁紹彥，黃銳等.合成橡膠工業(yè)，2002，25(4)251)研究了納米碳酸鈣和SBS和PS共混，結(jié)果表明納米碳酸鈣和SBS能協(xié)同增韌PS，且共混物拉伸強(qiáng)度得到提高，其物理機(jī)械性能達(dá)到或超過(guò)HIPS。PS/SBS共混物的沖擊強(qiáng)度隨SBS的加入而提高，但拉伸強(qiáng)度和熱性能均隨SBS含量的提高而下降；加入碳酸鈣后三元共混物的熱性能得到提高；沖擊強(qiáng)度和拉伸強(qiáng)度隨碳酸鈣含量的增加而下降。
目前，對(duì)于在PS中只加入SBS，既可以提高其沖擊強(qiáng)度又可以提高其拉伸強(qiáng)度還沒(méi)有相關(guān)報(bào)道。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種高韌性的熱塑性彈性體(SBS)/聚苯乙烯(PS)復(fù)合材料及其制備方法，通過(guò)改變成型加工方式來(lái)改變材料內(nèi)部微觀(guān)形態(tài)結(jié)構(gòu)，從而獲得該材料沖擊強(qiáng)度的大幅提升，同時(shí)在一定程度上改善彎曲模量、拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率等其它力學(xué)性能，該方法所需設(shè)備簡(jiǎn)單、易操作、耗能耗時(shí)小，可改進(jìn)達(dá)到工業(yè)上的連續(xù)批量生產(chǎn)，前景相當(dāng)可觀(guān)。
本發(fā)明的一種高韌性的熱塑性彈性體(SBS)/聚苯乙烯(PS)復(fù)合材料，是由熱塑性彈性體(SBS)和聚苯乙烯(PS)經(jīng)壓力誘導(dǎo)流動(dòng)成型(PIFP)制備而成，其中，SBS和PS的質(zhì)量比為0～40/100～60。
本發(fā)明中所用聚苯乙烯PS為一種無(wú)色透明的熱塑性塑料，硬而脆，耐沖擊性能差。
本發(fā)明中所用熱塑性彈性體SBS(YH-792)是介于橡膠和塑料之間的高分子化合物，是一種常溫下具有橡膠彈性，高溫下又能像熱塑性塑料那樣熔體流動(dòng)的熱塑性彈性體。
本發(fā)明的高韌性的熱塑性彈性體(SBS)/聚苯乙烯(PS)復(fù)合材料的制備方法，包括具體步驟 (1)將干燥的聚苯乙烯(PS)和熱塑性彈性體(SBS)按不同的質(zhì)量比(0～40/100～60)預(yù)混合，經(jīng)雙螺桿擠出機(jī)共混造粒，得到所需的復(fù)合材料，擠出的四段溫度范圍為120～196℃； (2)將上述粒料真空干燥后，經(jīng)注塑機(jī)加工初步成型，注塑機(jī)出口溫度為175～225℃，熔膠壓力為80.0～120.0bar； (3)將注塑成型樣條放入與之寬度相等、長(zhǎng)度為80mm的模具內(nèi)，使用平板硫化機(jī)在材料縱深(鉛垂)方向加壓，樣條在壓力下以固態(tài)形式朝兩頭產(chǎn)生流動(dòng)，模具及材料的溫度為0～150℃，壓強(qiáng)為0.1～100GPa，保壓時(shí)間為1～150分鐘； (4)保壓結(jié)束后，脫模取出樣品，即得產(chǎn)品。
所述步驟(3)中的溫度優(yōu)選為40～120℃，壓強(qiáng)優(yōu)選0.1～2GPa，最優(yōu)選200～700MPa，保壓時(shí)間優(yōu)選為1～20分鐘。
本發(fā)明先制備一定組分含量的熱塑性彈性體(SBS)/聚苯乙烯(PS)復(fù)合材料并通過(guò)注塑機(jī)初步成型；在平板硫化機(jī)提供的單軸壓力下，材料在限制側(cè)邊界的模具內(nèi)以固態(tài)形式發(fā)生強(qiáng)迫流動(dòng)，從而使其內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。綜合作用下，各項(xiàng)力學(xué)性能尤其是沖擊韌性獲得極大提高。
本發(fā)明的有益效果 本發(fā)明的方法可以提高熱塑性彈性體(SBS)/聚苯乙烯(PS)復(fù)合材料的韌性。不同的加工條件對(duì)不同SBS含量的材料會(huì)有不同的改性程度，在合適的條件下，材料的沖擊強(qiáng)度可以提高到改性前的近8倍。本發(fā)明的方法在提高熱塑性彈性體(SBS)/聚苯乙烯(PS)復(fù)合材料沖擊強(qiáng)度的同時(shí)，也將其拉伸強(qiáng)度及模量提高1～2倍，并保持或略微增加斷裂伸長(zhǎng)率。
本發(fā)明的方法能夠以很大幅度提高熱塑性彈性體(SBS)/聚苯乙烯(PS)復(fù)合材料的沖擊韌性，同時(shí)在一定程度上改善拉伸強(qiáng)度、彎曲模量和斷裂伸長(zhǎng)率等其它力學(xué)性能。
本方法不影響材料的分子結(jié)構(gòu)、不降低其它性能，設(shè)備簡(jiǎn)單、容易操作、耗能耗時(shí)很小，通過(guò)簡(jiǎn)單的進(jìn)一步改進(jìn)可以做到連續(xù)批量生產(chǎn)的工業(yè)應(yīng)用，其應(yīng)用前景相當(dāng)可觀(guān)。



圖1是SBS/PS(10/90)復(fù)合材料的動(dòng)態(tài)力學(xué)分析圖譜。

具體實(shí)施例方式 下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說(shuō)明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明作各種改動(dòng)或修改，這些等價(jià)形式同樣落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求書(shū)所限定的范圍。
實(shí)施例1 將干燥的聚苯乙烯(PS)和熱塑性彈性體(SBS)按不同的質(zhì)量比(0～40/100～60)預(yù)混合，經(jīng)雙螺桿擠出機(jī)共混造粒，得到所需的復(fù)合材料，擠出的四段溫度范圍為120～196℃。將上述粒料真空干燥后，經(jīng)注塑機(jī)加工初步成型，注塑機(jī)出口溫度為175～225℃，熔膠壓力為80.0～120.0bar，得到實(shí)驗(yàn)所需樣條。將注塑成型樣條放入與之寬度相等、長(zhǎng)度為80mm的模具內(nèi)，使用平板硫化機(jī)在材料縱深(鉛垂)方向加壓，樣條在壓力下以固態(tài)形式朝兩頭產(chǎn)生流動(dòng)，模具及材料的溫度為0～150℃，壓強(qiáng)為0.1～100GPa，保壓時(shí)間為1～150分鐘。保壓結(jié)束后，脫模取出樣品，即得產(chǎn)品。
實(shí)施例2 如實(shí)例1所得的SBS/PS(0/100)在300MPa壓力下，改變加工溫度，壓力誘導(dǎo)流動(dòng)成型5分鐘后的微觀(guān)結(jié)構(gòu)改變不大及其沖擊強(qiáng)度沒(méi)有明顯的提高。如表1。
表1.SBS/PS(0/100)在壓力誘導(dǎo)流動(dòng)成型后的沖擊強(qiáng)度(300MP，5min)
實(shí)施例3 如實(shí)例1所得的SBS/PS(10/90)在300MPa壓力下，改變加工溫度，壓力誘導(dǎo)流動(dòng)成型5分鐘后的微觀(guān)結(jié)構(gòu)改變及其沖擊強(qiáng)度的提高。如表2。
表2.SBS/PS(10/90)在壓力誘導(dǎo)流動(dòng)成型后的沖擊強(qiáng)度(300MP，5min)
實(shí)施例4 如實(shí)例1所得的SBS/PS(10/90)在300MPa壓力下，改變加工溫度，壓力誘導(dǎo)流動(dòng)成型5分鐘后的微觀(guān)結(jié)構(gòu)改變及其拉伸強(qiáng)度的變化。如表3。
表3.SBS/PS(10/90)在壓力誘導(dǎo)流動(dòng)成型后的拉伸強(qiáng)度(300MP，5min)
實(shí)施例5 如實(shí)例1所得的SBS/PS(40/60)在300MPa壓力下，改變加工溫度，壓力誘導(dǎo)流動(dòng)成型5分鐘后的微觀(guān)結(jié)構(gòu)改變及其拉伸強(qiáng)度的變化。如表4。
表4.SBS/PS(10/90)(40/60)在壓力誘導(dǎo)流動(dòng)成型后的拉伸強(qiáng)度(300MP，5min)
實(shí)施例6 如實(shí)例1所得的SBS/PS(10/90)和SBS/PS(40/60)在70℃的溫度條件下，改變壓力，壓力誘導(dǎo)流動(dòng)成型5分鐘后的微觀(guān)結(jié)構(gòu)改變及其拉伸強(qiáng)度的變化。如表5。
表5.SBS/PS(10/90)(40/60)在壓力誘導(dǎo)流動(dòng)成型后的拉伸強(qiáng)度(70℃，5min)

權(quán)利要求
1.一種高韌性的熱塑性彈性體SBS/聚苯乙烯PS復(fù)合材料，其特征在于該材料是由熱塑性彈性體和聚苯乙烯經(jīng)壓力誘導(dǎo)流動(dòng)成型制備而成，其中，SBS和PS的質(zhì)量比為0～40/100～60。
2.一種高韌性的熱塑性彈性體SBS/聚苯乙烯PS復(fù)合材料的制備方法，包括具體步驟
(1)將干燥的聚苯乙烯PS和熱塑性彈性體SBS按不同的質(zhì)量比(0～40/100～60)預(yù)混合，經(jīng)雙螺桿擠出機(jī)共混造粒，得到所需的復(fù)合材料，擠出的四段溫度范圍為120～196℃；
(2)將上述粒料真空干燥后，經(jīng)注塑機(jī)加工初步成型，注塑機(jī)出口溫度為175～225℃，熔膠壓力為80.0～120.0bar；
(3)將注塑成型樣條放入模具內(nèi)，使用平板硫化機(jī)在材料縱深方向加壓，樣條在壓力下以固態(tài)形式朝兩頭產(chǎn)生流動(dòng)，模具及材料的溫度為0～150℃，壓強(qiáng)為0.1～100GPa，保壓時(shí)間為1～150分鐘；
(4)保壓結(jié)束后，脫模取出樣品，即得產(chǎn)品。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高韌性的熱塑性彈性體SBS/聚苯乙烯PS復(fù)合材料的制備方法，其特征在于所述的模具是與注塑成型樣條寬度相等、長(zhǎng)度為80mm的模具。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高韌性的熱塑性彈性體SBS/聚苯乙烯PS復(fù)合材料的制備方法，其特征在于所述步驟(3)中的溫度為40～120℃，壓強(qiáng)為0.1～2GPa，保壓時(shí)間為1～20分鐘。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的高韌性的熱塑性彈性體SBS/聚苯乙烯PS復(fù)合材料的制備方法，其特征在于所述步驟(3)中的壓強(qiáng)為200～700MPa。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種高韌性熱塑性彈性體/聚苯乙烯復(fù)合材料及其制備方法，該復(fù)合材料是由熱塑性彈性體和聚苯乙烯組成，其制備將熱塑性彈性體/聚苯乙烯經(jīng)雙螺桿共混擠出并通過(guò)注塑機(jī)初步成型；在平板硫化機(jī)提供的單軸壓力下，材料在限制側(cè)邊界的模具內(nèi)以固態(tài)形式發(fā)生強(qiáng)迫流動(dòng)，從而使其內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。該復(fù)合材料的沖擊韌性大幅提高，其拉伸強(qiáng)度、彎曲模量和斷裂伸長(zhǎng)率等其它力學(xué)性能也得到較顯著改善，其制備方法所需設(shè)備簡(jiǎn)單、易操作、耗能耗時(shí)小，可改進(jìn)達(dá)到工業(yè)上的連續(xù)批量生產(chǎn)。
文檔編號(hào)B29C47/38GK101250306SQ20081003524
公開(kāi)日2008年8月27日 申請(qǐng)日期2008年3月27日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月27日
發(fā)明者余木火, 燕 梁, 姝 朱, 焦明立, 李書(shū)同, 韓克清, 滕翠青, 袁象愷, 亮 金 申請(qǐng)人:東華大學(xué)