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钢结硬质合金
吉林省科技厅重大项目（20070308）＊＊通讯作者aoyuhui69@163
作者简介：敖玉辉，男，1969年生，教授，博士，研究生导师，主要从事高分子材料研究。
冯
芳，敖玉辉＊
＊
，线欢欢（长春工业大学化学与生命科学学院，吉林长春130012）
摘要：用双螺杆挤出机制备了聚丙烯（PP ）/高密度聚乙烯（HDPE ）/弹性体三元共混物，分别探讨了3种弹性体乙烯－辛烯嵌段共聚物（OBC ）、苯乙烯－丁二烯－苯乙烯嵌段共聚物（SBS ）、苯乙烯－乙烯/丁烯－苯乙烯嵌段共聚物（SEBS ）的含量对PP 三元共混物力学性能的影响，并通过扫描电子显 微镜观察其脆断表面形态。结果表明，OBC 、SBS 、SEBS 和HDPE 都对PP 起到了一定的协同增韧作用，SEBS 对PP 的增韧效果最佳；SEM 表明三元共混力学性能与相形态密切相关；所制备的PP /HDPE /OBC 三元共混物的加工性能较好。
关键词：聚丙烯；高密度聚乙烯；弹性体；增韧；力学性能DOI ：10.3969/j.issn.1005－5770.2014.04.007
中图分类号：TQ325.1+
4
文献标识码：A 文章编号：1005－5770（2014）04－0027－04
Ｒesearch on PP /HDPE /Elastomer Ternary Blending Modification
FENG Fang ，AO Yu-hui ，XIAN Huan-huan
（Changchun University of Technology ，Changchun 130012，China ）
Abstract ：PP /HDPE /elastomer ternary blends were prepared through a twin-screw extruder ；the i
nfluences of the dosages of three elastomers OBC ，SBS ，SEBS on the mechanical properties of PP ternary blends were investigated respectively．Brittle fracture surface morphology of different blending systems was observed by SEM．The results showed that the three elastomers OBC ，SBS ，SEBS and HDPE played a certain role in synergistic toughening PP ，and the toughening effect of SEBS was the best ；SEM showed that there was a good correlation between morphologies and mechanical properties of ternary blends ；the processing performance of PP /HDPE /OBC ternary blends was excellent．
Keywords ：PP ；HDPE ；Elastomer ；Toughening ；Mechanical Properties
聚丙烯（PP ）与其他通用热塑性塑料相比，其屈服强度、拉伸强度、表面强度等力学性能均较优异，耐应力开裂性和耐磨性突出，化学稳定性好，成型加工容易，绝缘性和介电性良好，广泛应用于化工、电器、汽车、建筑、包装等行业，并正向其他热塑性塑料、工程塑料及金属等材料的应用领域扩展 ［1－5］
。但是，由于PP 是非极性结晶聚合物，表面活性低，成型收缩率大，脆性高，缺口冲击强度低，特别是在低温时尤为严重，这些缺点大大限制了PP 的推广和应用
［6－8］
。为了优化PP 的性能，国内外学者对其进行了大量的共混增韧改性研究
［9－14］
。目前聚丙烯的二元共混改性报道较多，通常是在PP 中掺混橡胶，虽然冲击韧性得到明显改善，但是共混物的强度和模量会相应降低。若在掺混橡胶的同时再加入高密度聚乙烯（HDPE ）进行三元共混，不仅可以提高其韧
性，还可以稍微弥补由于弹性体的加入所引起的模量和
强度的损失，同时又可以降低所用原料的成本，是一种较理想的改性方法。本文着重研究了PP /HDPE/弹性体三元共混物的力学性能，重点比较了3种弹性体乙烯－辛烯嵌段共聚物（OBC ）、苯乙烯－丁二烯－苯乙烯嵌段共聚物（SBS ）、苯乙烯－乙烯/丁烯－苯乙烯嵌段共聚物（SEBS ）的含量对PP 三元共混物力学性能的影响，并研究了相形态与力学性能之间的关系。
1
实验部分
1.1
原料和试剂
PP （T30S ）、HDPE （2200J ）：中国石油天然气
股份有限公司；OBC ：8000-N30，美国吉力士公司；SBS （D1155）、SEBS （G1654）：美国科腾公司。1.2
仪器及设备
双螺杆挤出机（SJSH-
30）、切粒机（XPLQ-100）：
塑料工业2014年
南京橡塑机械厂；注射成型机：EAST-1000，宁波东方塑机厂；悬臂梁冲击试验机：AJU-22，承德材料实验机厂；万能材料试验机：5900，英斯特朗公司；熔体流动速率仪：μPXＲZ-400C，吉大科教仪
器厂；扫描电子显微镜（SEM）：JOEL-5800，日本日立公司。
1.3试样制备
管道内衬
首先将干燥的PP和HDPE按80/20的质量比通过双螺杆挤出机进行熔融共混挤出，并牵至切粒机切粒，得到PP/HDPE母料。然后将OBC、SBS、SEBS 按质量分数5%、10%、15%、20%、25%分别加入PP/HDPE母料中，再通过双螺杆挤出机进行熔融共混挤出造粒，得到不同配比的PP/HDPE/弹性体三元共混物粒料，最后通过注射成型机将干燥后PP/ HDPE/弹性体三元共混物粒料注塑成型为标准测试样条。挤出条件：主机转速为60r/min，喂料速度为16r/min，各段温度控制在160 200ħ，切粒机转速控制在230 270r/min。注塑条件：系统压力为75 MPa，机筒温度为210ħ，保压时间为60s。
1.4测试与表征
悬臂梁缺口冲击强度按GB/T1040—1992测试；拉伸性能按GB/T1843—1996测试，拉伸速率50 mm/min；熔体质量流动速率按GB/T3682—2000测试，测试温度230ħ，负荷2.16kg。
SEM测试：将PP/HDPE/弹性体测试样条分别置于液氮中低温冷冻后沿缺口方向脆断，用正庚烷于57ħ的热水浴中刻蚀约48h，取出后用蒸馏水冲洗沉积在样品表面的盐类及其他杂质，自然晾干；在待测样品表面镀金，通过SEM观察其脆断表面形态。2结果与讨论
2.1不同弹性体含量对三元共混物冲击强度的影响
图1中为3种三元共混物中不同弹性体含量对共混物冲击强度的影响曲线图。由图1可以看出，3种不同共混物的缺口冲击强度均随弹性体含量的增加而逐渐增大，表明OBC、SBS、SEBS都对PP都起到了一定的协同增韧作用。很明显，当弹性体质量分数＜15%时，3种共混物的冲击强度上升趋势较为缓慢；当弹性体质量分数为15%，加入SEBS的三元共混物已经发生脆－韧转变，冲击强度为13.87kJ/m2，而加入SBS或OBC的三元共混物的冲击强度仅为8.23或4.79kJ/m2；当弹性体质量分数＞15%时，加入SEBS的三元共混物的冲击强度上升趋势最为显著，尤其是当弹性体质量分数为25%时，加入SEBS的三元共混物的冲击强度达到65.1kJ/m2，远远高于加入SBS和OBC的三元共混物。也就是说，SEBS对PP 的增韧效果是最好的。这是因为，一方面，在三元共混物中，HDPE的存在使得弹性体与PP的相容性和界面结合力有所增加，而SEBS结构中的长链更容易与基体的分子链缠结，降低了界面张力，加大了相与相之间的结合力，使得其增韧效果最为显著；另一方面，当弹性体作为分散相分布于PP基体中，在受到强大外力冲击时，弹性体粒子作为应力集中点引发PP基体的剪切屈服和银纹化，使之发生脆－韧转变，从而使PP基体本身的塑性得以吸收进而共混物的韧性增加［15－16］
。
图1不同弹性体含量对三元共混物缺口冲击强度的影响Fig1Effect of elastomer content on notch impact strength of
different ternary blending system
2.2
不同弹性体含量对三元共混物拉伸性能的影响
a－
拉伸强度
b－弹性模量
图2不同弹性体含量对三元共混物拉伸性能的影响
Fig2Effect of elastomer content on tensile properties of
different ternary blending system
·珠宝制造
82
·
第42卷第4期冯芳，等：PP /HDPE /弹性体三元共混改性的研究
图2a 、2b 分别为3种共混物中不同弹性体含量对三元共混物拉伸强度和弹性模量的影响曲线图。从图2可以看出，随着弹性体含量的增加，3种不同体系共混物的拉伸强度和弹性模量均呈下降趋势。这是由于非晶型的弹性体本身的强度和模量均比较低，加入PP 基体中会破坏PP 分子排列的规整性，使其结晶度下降；随着弹性体含量的增加，共混物在拉伸过程中易形成较多的空穴，屈服应力减小，最终导致其拉伸强度和弹性模量均减小，刚性下降。其中，PP /HDPE /SEBS 三元共混物的拉伸强度最低，PP /HDPE /OBC 三元共混物的弹性模量最低。而三元共混物中HDPE 的存在，会稍微弥补由于弹性体的加入引起的强度、模量、刚性的下降。2.3
三元共混物的相形态与力学性能之间的关系
a －PP /HDPE
/OBC
b －PP /HDPE
/SBS
c －PP /HDPE /SEBS
图3
不同三元共混物的SEM 照片
Fig 3
SEM micrographs of different ternary blending system
为了研究三元共混物的相形态与力学性能之间的关系，通过扫描电子显微镜对不同共混物的脆断表面形态进行观察。图3a 3c 分别为弹性体OBC 、SBS 、SEBS 质量分数为20%时，分散相粒子（HDPE 和弹性体）在三元共混物中分散的SEM 照片，其中黑孔代表刻蚀掉的分散相粒子所在的位置。在5000倍的放大倍率下，可以观察到图3a 中HDPE 和弹性体粒子OBC 在三元共混物中单独分散，相区尺寸较小；而图3b 中SBS 三元共混物的微观结构则更加致密均匀，更有利于应力的分布，与微观结构相对应的宏观
性能也表现出相应的关系，比如此时SBS 三元共混
物的冲击强度为11.13kJ /m 2
，较OBC 增韧效果要好。很明显地，在图3c 中观察到基体中分布着一些较大尺寸和较小尺寸的粒子，这种较大尺寸的粒子初步被认为是呈核－壳结构的SEBS /HDPE 复合粒子，其在共混物中充当应力集中点，能有效引发银纹和剪
切带并终止银纹和小裂纹［17］
，使得共混材料的抗冲击性能较好，此时SEBS 三元共混物所对应的冲击强
度高达57.48kJ /m 2
，增韧效果最好。这充分证明了共混物的相形态和力学性能是密切相关的。
2.4不同弹性体含量对三元共混物熔体流动速率的
影响
图4
不同弹性体含量对三元共混物的熔体质量流动速率
的影响
Fig 4
Effect of elastomer content on MFＲof different blending
system
熔体质量流动速率（MFＲ）可以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表征。
MFＲ值越高，表明高聚物的熔体黏度越低，流动性越好。图4显示了3种共混物的熔体质量流动速率随不同弹性体含量的变化趋势。可以看出，随着弹性体含量的增加，加入OBC 的三元共混物的MFＲ逐
渐增大，相反，加入SBS 或SEBS 的三元共混物的MFＲ逐渐减小。这是由于OBC 自身的MFＲ较高，黏度也较小，使得PP /HDPE /OBC 三元共混物的流动性最好，更适合用于生产加工；而SBS 和SEBS 自身的黏度比PP 基体要高，随着共混物中SBS 或SEBS 含量的增加，PP /HDPE /SEBS 或PP /HDPE /SBS 三元共混物的流动性逐渐变差，加工性能均不如PP /HDPE /OBC 三元共混物好。
3结论
1）弹性体OBC 、SBS 、SEBS 及HDPE 都对PP 起到了一定的协同增韧作用，其中SEBS 对PP 的增韧效果最佳，所得到的PP /HDPE /SEBS 三元共混材料的韧性最好。
·
92·
塑料工业2014年
2）三元共混物的相形态与其力学性能是密切相关的。
3）PP/HDPE/OBC三元共混物的加工性能和拉伸性能均较好，可以视为一种应用前景广泛的材料。
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（本文于2013－12－12收到）
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（本文于2014－01－15收到）
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