SEBS-g-MAH对PPS性能的影响

程丽，薛平，金志明，李金伟

（北京化工大学塑料机械及塑料工程研究所，北京 100029）

SEBS-g-MAH对PPS性能的影响

程丽，薛平，金志明，李金伟

（北京化工大学塑料机械及塑料工程研究所，北京 100029）

通过熔融共混的方法制备了不同配比的聚苯硫醚（PPS）/马来酸酐接枝苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物（SEBS-g-MAH）共混物，采用热失重方法，分析了SEBS-g-MAH对PPS热稳定性能的影响，并且通过差示扫描量热分析法研究了SEBS-g-MAH对PPS结晶性能的影响，同时研究了PPS/SEBS-g-MAH共混物的力学性能。结果表明，共混物的热稳定性较纯PPS有所下降；PPS结晶峰宽度随SEBS-g-MAH含量的增加先减小后增大，结晶速率和结晶度较纯PPS减小，但对熔点影响较小；SEBS-g-MAH的加入使共混物的缺口冲击强度和断裂伸长率增大，韧性增加。当SEBS-g-MAH含量为40%时，缺口冲击强度为13.1 kJ/m2，断裂伸长率为13.7%，但拉伸强度较纯PPS下降，为54.2 MPa。

聚苯硫醚；马来酸酐接枝苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物；性能

聚苯硫醚（PPS）热稳定性能优异，耐磨性突出，能在较恶劣的环境中长期使用，受到国内外普遍关注。但因其高结晶特性，使其既硬又脆，韧性差，很大程度上妨碍了其应用。为克服这些缺点，从而获得高性能的PPS，通常对其进行改性处理［1–3］。一般以弹性体作为冲击改性剂进行共混来增韧PPS，其方法简单方便，改性效果良好。M. Yamashita等［4］以含量为5%～20%的热塑性弹性体增韧PPS，获得具有一定韧性的PPS管材。弹性体苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物（SEBS）具有较好的耐温性能，其最高使用温度可达149℃，且在氧气氛围下的分解温度大于270℃。高西萍等［5］以马来酸酐接枝SEBS （SEBS-g-MAH）增韧PPS，提高了PPS的韧性，但该文献并未对SEBS-g-MAH増韧PPS过程中PPS的热稳定性及结晶性能进行研究，笔者制备了PPS/SEBS-g-MAH共混物，通过差示扫描量热（DSC）和热失重（TG）方法，研究了SEBS-g-MAH对PPS热稳定性与结晶性能的影响，并研究了SEBS-g-MAH对PPS力学性能的影响。

1 实验部分

1.1 主要原材料

PPS：XE3202，美国菲利普公司；

SEBS-g-MAH：FG1901，接枝率为1.5%，美国科腾公司。

1.2 主要仪器及设备

电热恒温鼓风干燥箱：SFG–02.40型，黄石市恒丰医疗器械有限公司；

高速混合机：SHR–25A型，张家港市永利机械有限公司；

同向双螺杆挤出机：KS20型，昆山科信橡塑机械有限公司；

DSC仪：Q600型，美国TA公司；

TG仪：TGAQ50型，美国沃特斯公司；

注塑机：TTI–90F2型，东华机械有限公司；

冲击试验机：UJ–40 型，河北承德市材料试验机厂。

1.3 共混物的制备

将PPS在干燥箱中于120℃干燥3 h，将干燥的PPS与SEBS-g-MAH分别按90∶10，80∶20，70∶30，60∶40的质量比在高速混合机中混合，经双螺杆挤出机熔融共混、挤出、冷却、吸干、切粒，制得不同配比的PPS/SEBS-g-MAH共混物（分别编号为1#，2#，3#，4#），其中，螺杆转速为150 r/min，挤出机各段温度分别为220，270，280，285，275℃。将所得共混物于80℃条件下在干燥箱中干燥2 h，并在注塑机上注塑测试试样，注塑温度为280～330℃，螺杆转速为83 r/min。

1.4 性能测试与表征

TG分析：在氮气保护下，将样品以10℃/min的升温速率从室温升至800℃，记录样品的TG曲线。

DSC分析：将样品从室温以10℃/min的速率升至320℃，恒温保持5 min，然后以10℃/min的速率降至20℃，记录样品的升温和降温曲线。

缺口冲击强度根据GB/T 1043.1–2008测试，试样尺寸为80 mm×10 mm×4 mm，缺口按ISO 2818：1994进行机加工。

拉伸性能根据GB/T 1040–2006测试，试样形状为标准哑铃状。

2 结果与讨论

2.1 TG分析

图1为不同配比的PPS/SEBS-g-MAH共混物的TG曲线，表1为其TG相关参数。

图1 不同配比的PPS/SEBS-g-MAH共混物的TG曲线

表1 不同配比的PPS/SEBS-g-MAH共混物的TG参数 ℃

从图1可以看出，在PPS中加入不同量的SEBS-g-MAH后，共混物的TG曲线均出现两个平台，说明共混物为两步分解，第一步为SEBS-g-MAH的分解，第二步为PPS的分解。这是因为PPS中的芳环键强度极高，热稳定性极佳，SEBS-g-MAH的稳定性较PPS差，所以SEBS-g-MAH先分解而后是PPS的分解。结合图1及表1可知，共混物外推起始温度有所下降，共混物失重5%及10%时的温度均较纯PPS下降，SEBS-g-MAH的加入使得共混物的热稳定性降低。这是因为随着SEBS-g-MAH含量的增加，共混物中PPS的热稳定性极高的芳稠环和芳杂环减少，因而共混物的热稳定性较纯PPS降低。

2.2 熔融与结晶

图2为不同配比的PPS/SEBS-g-MAH的共混物的DSC降温曲线。表2为其熔融与结晶的主要参数。

图2 不同配比的PPS/SEBS-g-MAH共混物的DSC降温曲线

表2 不同配比的PPS/SEBS-g-MAH共混物熔融与结晶主要参数

结晶速率的快慢可由过冷温度和半峰宽（结晶峰高度一半时的宽度）来表示。当结晶峰温度升高时，半峰宽减小，结晶速率加快［6］。由图2和表2可看出，PPS/SEBS-g-MAH共混物的结晶峰温度随SEBS-g-MAH含量的增加则呈现出先增大后减小的趋势，但结晶峰温度均高于纯PPS的结晶峰温度，结晶峰宽度则先变窄后变宽，半峰宽先减小后增大，使得共混物的结晶速率先减小后增大，但较纯PPS的结晶速率变慢。结晶速率减小，则意味着共混物的韧性增大。

PPS/SEBS-g-MAH共混物的结晶度可根据公式［7］来计算：

式中：Xc——共混物的结晶度，%；

ΔH——共混物的熔融热，J/g；

ΔH0——PPS完全结晶时的熔融热，其值为80 J/g［8］。

利用上述公式计算共混物的结晶度，计算结果见表2。从表2可知，随着SEBS-g-MAH含量的增加，共混物的结晶度逐渐减小。这是由于在PPS中加入了具有柔性分子链的SEBS-g-MAH，使得共混物不易结晶，从而使其结晶度减小。共混物的熔点在280～281℃之间，熔点变化很小，因此，加入SEBS-g-MAH对PPS熔点的影响不大。PPS的熔融温度主要取决于结晶的完善性。PPS在高温下发生结晶时，易形成高完善性的结晶。虽然SEBS-g-MAH的加入使得PPS的结晶速率发生了变化，但在结晶过程中，PPS结晶熔融重组能力较强，PPS结晶完善性不高的可以重组，从而出现几乎相同的熔融温度［9］。

2.3 力学性能

（1）缺口冲击强度。

图3为SEBS-g-MAH含量对PPS/SEBS-g-MAH共混物缺口冲击强度的影响。

由图3可以看出，纯PPS的缺口冲击强度为4.58 kJ/m2。随着共混物中SEBS-g-MAH含量的增加，其缺口冲击强度得到大幅提高；当SEBS-g-MAH含量由30%增加到40%时，缺口冲击强度骤增，由7.0 kJ/m2增加到13.1 kJ/m2，达到纯PPS缺口冲击强度的近3倍。这是因为橡胶颗粒增韧聚合物时，橡胶引发和支化大量银纹并且桥接裂纹两岸，同时引发树脂基体产生剪切形变，从而形成剪切带。另外，在增韧过程中，橡胶颗粒内部及表面会产生空穴，伴之以空穴之间高分子链的伸展和剪切并导致基体产生塑性变形［10］。另一方面，弹性体与基体树脂的界面粘结性影响着弹性体对树脂的增韧效果。SEBS-g-MAH中的MAH基团可与PPS中的—SH官能团反应，使得弹性体与基体间形成较好的粘结界面，基体发生银纹和剪切屈服，使增韧效果显著提高［5］。

（2）拉伸性能。

SEBS-g-MAH含量对PPS/SEBS-g-MAH共混物拉伸强度及断裂伸长率的影响如图4所示。

图4 SEBS-g-MAH含量对共混物拉伸强度及断裂伸长率的影响

纯PPS的拉伸强度为124.5 MPa，断裂伸长率为0.54%。从图4可以看出，随着SEBS-g-MAH含量的增加，PPS/SEBS-g-MAH共混物的拉伸强度逐渐降低，而断裂伸长率则大幅提高。在SEBS-g-MAH含量为30%时，共混物的拉伸强度降低到65.6 MPa，降低了47.3%，断裂伸长率达到3.6%，是纯PPS的6.7倍；SEBS-g-MAH含量为40%时，共混物的拉伸强度降低到54.2 MPa，降低了56.5%，断裂伸长率大幅增加到13.7%，是纯PPS的25倍。这是因为PPS树脂为脆性材料，拉伸强度较高，断裂伸长率较低，刚性大，而SEBS-g-MAH的加入破坏了PPS分子链的规整性，使得分子间相互作用力变弱，致使材料的拉伸强度下降；另一方面，由于SEBS-g-MAH中的软链段因界面粘结的相互作用，在高度拉伸时带着PPS分子链一同伸展，使共混物表现出较高的断裂伸长率。

3 结论

（1） TG测试结果表明，在PPS中加入SEBS-g-MAH后，PPS/SEBS-g-MAH共混物的外推起始温度降低，失重5%时的温度和失重10%时的温度均减小，共混物热稳定性降低。

（2） DSC测试结果表明，在PPS中加入SEBS-g-MAH，使得PPS/SEBS-g-MAH共混物的结晶性能发生变化，结晶速率较纯PPS减小，结晶度变小，但对其熔点的影响较小。

（3）在PPS中加入SEBS-g-MAH，使得PPS/ SEBS-g-MAH共混物的缺口冲击强度逐渐增大，拉伸强度逐渐减小，断裂伸长率相应增加；当共混物中SEBS-g-MAH含量为40%时，其缺口冲击强度为13.1 kJ/m2，断裂伸长率达到13.7%，拉伸强度减小为54.2 MPa。

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Effects of SEBS-g-MAH on Properties of PPS

Cheng Li， Xue Ping， Jin Zhiming， Li Jinwei
（Institute of Plastic Machinery and Engineering， Beijing University of Chemical Technology， Beijing 100029， China）

Different proportions of polyphenylene sulfide （PPS）/maleic anhydride grafted styrene-ethylene-butadiene-styrene block copolymer （SEBS-g-MAH） were prepared via melt-blending，and the effects of SEBS-g-MAH on thermostability of PPS were investigated using thermogravimetric analysis. Crystallization properties of PPS/SEBS-g-MAH blends was also studied by differential scanning calorimetry. Mechanical properties of the injected sample were explored by tensile mechanical test. The results show that the thermal stability of mixtures reduce when it is compared with pure PPS's. It also can be found，with the increase of SEBS-g-MAH content，the width of crystallization peak first decreases and then increases. The crystallization rate and crystallinity of the blends are lower than pure PPS'，while the melting point is less affected. The adding of SEBS-g-MAH raises the notch impact strength and the elongation at break of PPS，and the tensile strength decreases. The notch impact strength of the blends is 13.1 kJ/ m2with a SEBS-g-MAH content of 40%，and the elongation at break attains 13.7%，the tensile strength reduces to 54.2 MPa.

polyphenylene sulfide；maleic anhydride grafted styrene-ethylene-butadiene-styrene block copolymer；property

TQ326.5

A

1001-3539（2016）07-0041-04

10.3969/j.issn.1001-3539.2016.07.008

联系人：金志明，副教授，主要从事聚合物加工技术研究2016-04-12