先简单做个自我介绍 嗨,大家好,我是PS,(不是修图技术哦),由苯乙烯单体经自由基缩聚反应合成的聚合物,是目前用量最大的通用塑料之一,中文名:聚苯乙烯,英文名:Polystyrene,日文名:ポリスチロール。 人们熟悉的PS ,既然是这样的我----拥有可媲美水晶的净度,比水稍微重点,非晶态为1.04-1.06g/cm3,晶体密度则为1.11~1.12g/cm3。 讲到这样的PS ,大部分小可爱们是不是变成了小迷糊呀。但要说到一次性饭盒、塑料袋、包装箱用白色塑料,相信你们肯定都见过和接触过,它们就是由我-PS制造的。 身为一种无色透明的热塑性塑料,因具有高于100摄氏度的玻璃转化温度,所以经常被用来制造各种需要承受开水温度的一次性容器等。在日常生活中,我已经成为不可或缺的好帮手,也是现代工业中不可或缺的重要材料。 不信,看一看这样的创意设计 闪光单椅 Sparkling Chair, 马塞尔·汪德斯 (Marcel Wanders)为意大利 Magis 公司设计。选用印花聚乙烯材质,各个部分都可以拆卸再组装,椅脚处的充气般线条就好像塑料瓶的造型,连颜色也采用了类似的透明绿色,充满了21世纪的幽默感。 看一看,这样的PS的发展历程 1839年,德国人第一次从天然树脂中提取出聚苯乙烯; 1930年,BASF开始在德国商业化生产聚苯乙烯; 1934年,Dow开始在美国生产聚苯乙烯; 1954年,Dow开始生产聚苯乙烯泡沫塑料。 我的大分子主链为饱和烃类聚合物,侧基为体积大的苯环。 这样的结构,使我具有良好的电性能、化学性能、拉伸性能、刚性、尺寸稳定性和较高的硬度。 PS的美中不足 我,在240℃下就会融化。通常都是以非晶态的形式存在,这个时候,我绝热、绝缘、还有很好的透明性、就是使用温度范围比较窄,为0--70℃,且脆,温度低一点就会开裂。 面对存在低温抗冲击性能差、易脆化等缺点,国内外研发人士对其进行了大量的改性研究工作,以改善PS的抗冲击性能。传统的增韧方法大多是引入少量的橡胶类弹性组分,一般都有明显的增韧效果。但是,该增韧方法由于引进了低模量、低强度的橡胶相,常常使材料在抗冲击强度提高的同时,其刚度、拉伸强度和弯曲强度都有降低明显。 强韧联合打造低温易碎的你 由于无机层状物磷酸锆(以下简称:α-ZrP)的增强作用和丁苯橡胶接枝甲基丙烯酸二甲基氨基乙酯橡胶粒子(SBR-g-DM)的增韧作用。 在这里,采用溶液接枝法合成了丁苯橡胶接枝甲基丙烯酸二甲基氨基乙酯(SBR-g-DM),作为PS/α-ZrP体系的相容剂,并利用熔融共混制备了PS/SBR-g-DM/α-ZrP 复合材料。,使PS/SBR-g-DM/α-ZrP的界面作用得到改善,从而提高复合材料的各项性能。 试验如下 PS/ SBR-g-DM/α-ZrP复合材料的制备 将称量好的α-ZrP、SBR-g—DM在开炼机上预先混合均匀,然后利用双螺杆挤出机与PS熔融共混挤出造粒,80℃鼓风干燥24 h,采用注塑成型方法制样标准样条,放置24 h后进行测试。配方如下: 采用溶液接枝法制备丁苯橡胶(SBR)接枝甲基丙烯酸二甲基氨基乙酯(DM)。由于DM含有叔胺基团,能与层状无机物α-ZrP的层板上酸性P-OH基团反应,故将其作为PS/α-ZrP体系的相容剂。 SBR-g—DM的制备:在装有搅拌器、回流冷凝管和温度计的三颈瓶中加入100 g SBR、100 ml甲苯,加热搅拌回流。溶解后,加入10g DM和0.5g AIBN,反应5 h后,停止反应,将溶液缓慢倒入300 ml甲醇中搅拌,析出沉淀,将析出物用甲醇抽提24 h,60℃真空干燥24 h备用。 PS/SBR-g-DM/α-ZrP复合材料的性能评估 固定SBR-g-DM的量为10份,以α-ZrP为变量,分别加入1%、2%、4%。考察其对复合材料性能的影响,其配方表如下图 1、α-ZrP含量对复合材料力学性能影响研究 1) 复合材料的拉伸强度 与PS相比,加入10%SBR-g-DM复合材料的强度下降到55.2MPa,分别加入1%、2%α-ZrP时拉伸强度增加到56.8MPa和55.9MPa。但是加入4%时,拉伸强度较只加SBR-g-DM的复合材料更差。这主要是由于无机物会发生团聚现象而造成材料拉伸强度降低。随着磷酸锆含量的增加,其团聚度增大,分散性变差,拉伸过程中阻碍PS分子链重排运动能力减弱,在受到外力时,容易遭受破坏,因此,磷酸锆含量增加,复合材料的强度呈下降的趋势。 2) 复合材料的冲击强度 从图中可以明显看出体系中加入α-ZrP后,材料的韧性呈现明显增加的趋势。相对于10份SBR-g-DM的体系,加入1份、2份、4份α-ZrP时复合材料的冲击强度分别增加了9.4%、12.9%、7.1%。 3) 复合材料的弯曲强度 由图可知,由SBR-g-DM弹性体的加入导致复合材料下降的弯曲强度,随着α-ZrP的加入,弯曲强度逐渐得到补偿,这表明α-ZrP对复合材料起到了增强的作用。 4) 复合材料的弯曲模量 与弯曲强度的趋势相符,在弹性体增韧体系中会出现:韧性增加的同时强度和模量会显著降低,在此条件下加入刚性无机物α-ZrP 1%、2%、4%时,如图所示复合材料的模量明显增加。综上力学性能分析,在此体系中适量α-ZrP的加入既有增强的作用又有增韧的作用 2、α-ZrP含量对复合材料热性能的影响研究 1) 复合材料热变形温度 相较于只加入10%SBR—g-DM体系,分别加入1%、2%、4% α-ZrP时复合材料的热变形温度分别增加了3.1%、4.2%、7.9%,其HDT温度由于α-ZrP的加入逐渐得到补偿,并稍有提高。 2) 复合材料的DSC 从图中可见,当固定相容剂的量为10%,改变α-ZrP,复合材料的Tg随α-ZrP的增加先升高后逐渐降低。这是由于α-ZrP的加入限制了聚合物分子的运动,从而使其Tg上升。但是随着α-ZrP的逐渐增加时,其在PS中的分散性变差而团聚,接触面积变小,限制作用减弱,Tg降低。 3) 复合材料的TGA 相对于加入10%SBR-g-DM的体系,分别加入1%、2%、4%的α-ZrP复合材料的降解温度没明显变化,这是因为越来越多的α-ZrP聚集成团而不能被PS高分子链贯穿,不能发挥α-ZrP的热稳定作用,但相对于纯PS降解温度却增加显著。 3、总结: PS/SBR-g-DM/α-ZrP复合材料 当SBR-g-DM的用量为10%时,复合材料的冲击强度增加了86.5%,拉伸强度、弯曲强度和弯曲模量保持率分别为96.8%,94.1%和93.1%,热变形温度和热降解温度分别提高3℃和15.3℃,复合材料的综合性能相比于其他份数显著改善。 固定相容剂的量为10%,α-ZrP的用量对复合材料力学性能的影响发现适量α-ZrP的加入既有增强的作用又有增韧的作用。且其热变形温度、Tg和热降解温度分别提高了3.7℃、2.6℃、16℃。