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在聚合物共混过程中,添加增容剂改善共混物组分间的相容性已被证明是制备具有优异性能高分子材料的有效途径。特别是反应性增容技术的应用,可以在共混过程中原位生成增容剂,使共混物获得比添加物理增容剂更好的性能。尼龙66(PA66)与丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)不相容,直接共混得到的材料性能较差。本文通过原位反应增容的方法,首次以聚丁二烯接枝马来酸酐(PB-g-MAH)为增容剂反应前体成功制备了增容改性PA66/ABS合金材料,为含有核壳结构组分共混体系的增容改性提供了一种新的途径。研究了增容剂对共混物相形态,相间粘结作用的改善,探索了增容剂的增容原理,并分析了相容性的改善对共混物力学性能和结晶行为的影响。主要研究成果如下:
1.未增容共混物中ABS与PA66粘结作用很弱,分散相团聚严重。PB-g-MAH添加到共混物中显著改善了两相的相容性。随着PB-g-MAH添加量的增大,ABS颗粒在共混物中的团聚逐渐被抑制,得以均匀地分散在共混物中。ABS颗粒与PA66间的粘结作用显著增强,以致于在应力-应变过程中,可以随基体发生塑性形变直至样品断裂。另外,共混物的加工工艺会对PB-g-MAH的增容效果产生重要影响。将PB-g-MAH先与ABS用双辊塑炼机塑炼预混,再与PA66熔融共混,可以显著提高PB-g-MAH的增容效率,不仅可以在较少的添加量下抑制ABS的团聚,还可以更有效地增强ABS与PA66间的界面粘结。
2.探索了PB-g-MAH对PA66/ABS共混体系的增容原理。利用共混过程中熔体的粘度变化和红外光谱分析证实了PB-g-MAH与PA66在共混过程中发生了原位接枝反应,反应形成了作为增容剂的接枝共聚物PB-g-PA66。结合Molau实验,共混物应力-应变过程中的相形态及DMA测试进一步证实了生成的接枝共聚物对PA66与ABS两组分的增容作用。TEM观察表明PB-g-MAH添加到共混物中后,于PA66/ABS两相界面处形成厚度可达几十纳米的界面层,从而有效的改善了共混物两相的相容性。
3.研究了共混物组分间相容性的改善对共混物的各项力学性能的影响。相对于未增容共混物,增容共混物的韧性和强度均得到有效提高。这是由于相容性得到改善后,共混物中的应力集中程度显著降低,界面可以起到传递应力的作用,从而有效地延缓了裂纹的产生和扩展。共混物的动态力学性能分析表明,进入ABS中PB相的PB-g-PA66可以提高PB相的模量,使其链段运动的活性下降。所以共混物的储能模量较未增容共混物显著增大。由于PA66与ABS中的PB相间相互作用的增强,两相玻璃化转变温度出现内移。
4.研究了共混物相容性的改善对共混物的结晶行为的影响。X射线衍射实验结果表明,ABS与PA66共混以及在增容改性后都没有产生新的晶型,但是添加ABS及相容性的改善都有利于PA66的晶粒沿着(100)晶面生长。偏光显微镜观察到的共混物结晶形态表明ABS对PA66有异相成核作用,相容性的改善则进一步促进了其成核作用。共混物的熔融行为也随共混物相容性的改善发生了变化,共混物低温熔融峰随相容性的改善显著增强,高温熔融峰减弱;共混物的结晶温度提高,结晶度增大。共混物的结晶动力学分析表明,ABS与PA66共混后增大了PA66的结晶速率,但是在进行增容改性后PA66的结晶速率又有所降低。