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高韌性高流動性PPE／PA66合金
聚苯醚(PPE)是非結(jié)晶性化合物，其耐熱性、電性能、尺寸穩(wěn)定性及耐水解性都十分優(yōu)良，但耐油性、耐溶劑性及加工流動性差。尼龍(PA)是結(jié)晶性化合物，其力學(xué)性能、耐油性、耐溶劑和耐磨性以及加工流動性均十分優(yōu)良，但因其含酰胺鍵，分子間極性強(qiáng)，導(dǎo)致吸水率高，尺寸穩(wěn)定性較差，將兩者熔融共混可彌補(bǔ)各自優(yōu)缺點。因兩者極性相差大，互不相容，簡單熔融共混性能達(dá)不到要求，需采用合適的增容及增韌技術(shù)。
目前國內(nèi)對PPE／PA改性的研究相當(dāng)活躍，楊昆曉、馬秀清等、陳銳等及鄒軍峰等分別從三螺桿擠出機(jī)的共混工藝條件、雙螺桿擠出機(jī)不同混合設(shè)備、混料方式等設(shè)備及工藝方面制備了PPE／PA66合金。王欣發(fā)現(xiàn)采用1%檸檬酸的PPE／PA66合金性能效果好；Wang Shuai與Chiang Chih-Rong等研究發(fā)現(xiàn)，加入苯乙烯–順丁烯二酸酐(MAH)塑料(SMAH)后，PPE／PA6材料的力學(xué)性能可顯著提高；許多學(xué)者[10–16]用不同增容劑如接枝的氫化聚苯乙烯－(乙烯丁烯無規(guī)共聚物)－聚苯乙烯三嵌段共聚物(SEBS)、聚苯乙烯－(乙烯丙烯無規(guī)共聚物)－聚苯乙烯三嵌段共聚物(SEPS)、接枝的聚烯烴彈性體(POE)，MAH及其衍生物等方面對PPE／PA合金進(jìn)行了大量的改性研究工作。
PPE／PA合金材料廣泛應(yīng)用在汽車行業(yè)、航空航天、電子電器等領(lǐng)域中，在汽車行業(yè)的某些復(fù)雜結(jié)構(gòu)件中，不但要求材料的韌性高，同時對材料的加工成型性提出了很高的要求。金發(fā)科技股份有限公司主要從PPE-g-MAH／PA66比例，PA66種類及潤滑劑種類等方面，探討了合金材料的力學(xué)性能及流動性能，并制備出高韌性高流動性的PPE／PA66合金材料，該材料成功應(yīng)用在汽車行業(yè)的復(fù)雜結(jié)構(gòu)件中。
1、試樣制備
(1) PPE-g-MAH材料的制備。
將PPE樹脂、MAH、增韌劑及其它助劑按一定比例在高速混合機(jī)上混合均勻，投入同向雙螺桿擠出機(jī)中，經(jīng)模頭擠出、水冷、風(fēng)干、切粒。1區(qū)至10區(qū)的擠出溫度分別為260，260，270，280，250，250，250，250，260，280℃。
(2) PPE-g-MAH／PA66共混物的制備。
將制備好的PPE-g-MAH與PA66樹脂、其它助劑按比例混合均勻，按照1區(qū)至10區(qū)的擠出溫度分別為260，260，270，280，250，250，250，250，260，280℃的擠出工藝造粒，共混物經(jīng)干燥后注塑成標(biāo)準(zhǔn)樣條，注塑溫度為260～300℃。
2、不同PPE-g-MAH／PA66比例對合金性能的影響
(1)不同PPE-g-MAH／PA66比例對合金力學(xué)性能的影響。
表1及圖1對比了不同PPE-g-MAH／PA66比例對合金力學(xué)性能的影響。隨著PA66含量的增加，合金的拉伸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度、彎曲彈性模量呈現(xiàn)規(guī)律性的增加；合金的缺口沖擊強(qiáng)度先緩慢增加后迅速降低，當(dāng)PA66含量在50份時，合金的缺口沖擊強(qiáng)度達(dá)到最高值310 J／m。原因是隨著PA66含量的增加，PPE-g-MAH與PA66原料的相容性逐漸變好，當(dāng)PA66質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50%時，PPE-g-MAH與PA66原料的相容性最佳，使得PPE-g-MAH／PA66合金的缺口沖擊強(qiáng)度最高。
(2)不同PPE-g-MAH／PA66比例的合金的流動性能。
圖2為不同PPE-g-MAH／PA66比例的合金的流動性。由圖2可知，隨著PA66含量的增加，合金的MFR顯著增加，由初始的5.6 g／10 min逐漸增加到140 g／10 min以上。這是由于PPE原料為非晶型材料，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度高達(dá)210℃，擠出加工成型困難，MFR低；而PA66原料為結(jié)晶型材料，超過熔點后，MFR高，易加工成型。故隨著PA66含量的增加，合金中的PPE含量減少，合金的流動性顯著增加。綜合材料的力學(xué)性能及流動性能，選用PA66在PPE／PA66中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50%。
3、PA66種類對合金性能的影響
(1) PA66種類對合金力學(xué)性能的影響。
表2對比了不同PA66種類對合金力學(xué)性能的影響。由表2得出，PPE／PA66 EP–158合金材料的力學(xué)性能最高，特別是材料的缺口沖擊強(qiáng)度，由PPE／PA66 21SPC的310 J／m提高到580 J／m，原因是PA66 EP–158樹脂相對其它兩款樹脂PA66 21SPC和PA66 EPR24，其黏度更大，與PPE-g-MAH在加工熔融過程中因黏度相近更易形成“共熔融”，兩者的相容性更好，從而導(dǎo)致PA66 EP–158合金的缺口沖擊強(qiáng)度最高。PPE／PA66 EPR24合金的拉伸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度及彎曲彈性模量與PPE／PA66 21SPC合金的相當(dāng)，但缺口沖擊強(qiáng)度下降明顯，主要是不同廠家的PA66樹脂與PPE-g-MAH反應(yīng)的程度不同導(dǎo)致。
(2) PA66種類對合金流動性的影響。
不同PA66種類的PPE／PA66合金的MFR如圖3所示。合金的MFR由高到低依次為，PA66 EPR24>PA66 21SPC>PA66 EP–158。這可能是因為雖然PA66 EPR24和PA66 21SPC兩款樹脂的黏度都在2.4左右，因不同公司的封端技術(shù)不同，PA66樹脂與PPE-g-MAH的反應(yīng)程度不一樣，導(dǎo)致合金的MFR相差很大；而PA66 EP–158樹脂的黏度為2.7，黏度比其它兩款樹脂PA66 21SPC及PA66 EPR24的黏度大，合金的流動性差，MFR低。
考慮缺口沖擊強(qiáng)度最優(yōu)，選用PA66 EP–158樹脂，其在PPE／PA66中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50%。
4、不同潤滑劑種類對合金性能的影響
上述合金的缺口沖擊強(qiáng)度已經(jīng)達(dá)到很高的水平，但其MFR仍然不高，在汽車行業(yè)的某些復(fù)雜結(jié)構(gòu)件中仍無法滿足使用要求，需要進(jìn)一步優(yōu)化合金材料的流動性能。
潤滑劑是為了改善塑料在成型加工時的流動性和脫模性，從而提高制品性能的一種助劑。其作用是降低物料之間及物料和加工設(shè)備表面的摩擦力，從而降低熔體的流動阻力，降低熔體黏度，提高熔體的流動性。
潤滑劑按其組成分為：烯烴類、脂肪酸類、脂肪族酰胺類、脂肪酸酯類、金屬皂鹽類等。
(1)不同潤滑劑種類對合金性能的影響。
表3對比了不同潤滑劑種類對合金力學(xué)性能的影響。由表3可以看出，無論加入哪種類型的潤滑劑，材料的各方面力學(xué)性能都有不同程度的下降。其中，加入脂肪族酰胺類潤滑劑C，合金材料的力學(xué)性能相對較好，缺口沖擊強(qiáng)度能保持在較理想的范圍內(nèi)，加入其它潤滑劑，缺口沖擊強(qiáng)度下降明顯。
(2)不同潤滑劑種類對合金流動性的影響。
3種不同潤滑劑種類對合金的MFR的影響如圖4所示。由圖4可見，加入潤滑劑后，合金的MFR有大幅度提高，含脂肪族酰胺類合金的MFR提高得最明顯，由原來的30 g／10 min提高到65 g／10 min。原因是在PPE-g-MAH／PA66合金體系中，PA66基體為連續(xù)相，加入酰胺類潤滑劑后，因潤滑劑中酰胺鍵與PA66樹脂中酰胺鍵結(jié)構(gòu)相近，根據(jù)相似相容原理，該潤滑劑與合金材料的相容性可能最好，從而提高PPE／PA66合金材料的流動性也更為顯著。
綜上所述，通過優(yōu)選質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50%的PA66 EP–158和選用脂肪族酰胺類潤滑劑C，兼顧了合金的力學(xué)性能特別是缺口沖擊強(qiáng)度和流動性能，成功應(yīng)用在汽車行業(yè)的復(fù)雜結(jié)構(gòu)件中。
5、結(jié)論
(1)熔融共混擠出自制PPE-g-MAH，通過調(diào)節(jié)PPE-g-MAH／PA66的比例，當(dāng)PA66質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50%時，合金的缺口沖擊強(qiáng)度能達(dá)到最大值；
(2)通過篩選PA66種類，優(yōu)選黏度為2.7的PA66 EP–158后，合金的缺口沖擊強(qiáng)度最高，但流動性降低；
(3)為了進(jìn)一步提高PPE／PA66合金的流動性，通過篩選不同類型的潤滑劑，加入脂肪族酰胺類潤滑劑在不明顯降低合金力學(xué)性能的情況下，可大幅度提高合金材料的流動性能，由原來的30 g／10 min提高到65 g／10 min。從而制備了高韌性高流動性的PPE／PA66合金。
該文章摘自:江翼，禹權(quán)，丁超，等.高韌性高流動性PPE／PA66合金制備及性能[J].工程塑料應(yīng)用，2020，48(2)：24–27.
