彈性體合金材料的制備及性能研究

何承楓

（福建晟揚管道科技有限公司，福清350314）

1 合金材料的改性

用于增加PET 的材質，通常有玻璃鋼、碳纖維和有層狀、針狀、棒狀構造的無機填充物、金屬纖維、氧化物晶須等，其中最廣泛應用的材料是玻璃鋼和碳纖維[1]。

玻璃鋼強化或PET 玻璃鋼強化，是將熱塑性樹脂改性而成為建筑塑料制品應用的一種方法。我國的帝人企業在1966 年第一次研制并開發出了用玻璃纖維強化的PET 基工程塑料，此后，美國杜邦公司和英國Eastman 企業從上世紀七十年代也開始進行了玻纖強化PET 方面的研發，并獲得了巨大成功。ModeRnplastics 也報道了一款產品為imPEThi430r 的高溫抗沖PET，其證明在-20℃的溫度下，Izod 缺口沖擊強度仍能夠超過8.8kJ/m2。這些高抗沖型PET 中，包含約百分之十五的玻璃纖維，這種產品尤其適合于生產汽車部件和儀表設備，現在已經受到了人們的很大興趣。

Honeywell 塑膠有限公司已經研發出了具備抗疲勞強度高和表層外形好的玻纖增強型PET-Petra，其疲勞強度比其他種類的玻纖增強聚酯制品可達10～50 倍，尤其適合于制作塑模桌椅和扶手，并且不需要再經過噴涂處理。中山學院安軍教授等人深入研究了玻纖增強聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET）的界面結構狀況和力學特征等，并剖析了玻璃化纖表面處理劑對PET 及其界面結構粘接效果的影響。科學研究結果顯示，用偶聯劑經過表層加工后的玻璃化纖對PET 樹脂具有較明確的強化效果，可明顯提高PET 的力學和界面結構粘接強度。中科院歐玉春等將25～35 份經表面處理劑加工過的玻璃鋼材料與60～65 份PET 進行共混合，得到的材料的撞擊硬度達到了85.8KJ/m2[2]。

2 合金材料的制備及性能研究

2.1 實驗部分

2.1.1 主要原料與試劑

PET∶遠東工業（上海）有限公司，牌號CB651，吹瓶級。-MA-∶沈陽科通塑膠技術公司，產品牌號KT-22，接枝度百分之零點八、六氟異丙醇（HFIP）∶工業純級，上海市吉清氟建筑材料公司。甲苯∶工業分析純級，由北京化廠內的甲醇∶工業純級交聯劑C∶實驗室自制。

2.1.2 試樣的制取過程與輻照

應用前，必須預先做好PET 和E-MA-GMA 干燥處理。將干燥工藝加工后的PET 和E-MA-GMA 按質量比例與標準PET/E-MA-GMA（95/5,90/10,85/15,80/20）攪拌均勻并依次添加約0、0.5、1.3、5wt%的交聯劑C 再攪拌均勻，隨后將不同比例的混合液在雙螺桿擠出機中熔融后共混合擠壓造粒，一至七區的溫度依次為220、240、250、250、265、265、260℃，機頭溫度控制為250℃，機轉速在12Hz 以下。

擠壓的粒料經晾干后用注塑機成形拉長、彎曲試模，注塑機三區溫度控制為260、260、260℃。把設計好的試樣置于裝滿氮以的聚乙烯袋內，在雙層氮以環境下，放入劑量率為3.9Gy/s 的Co-60 源進行照射,吸收劑量為5、10、30、70、100kGy。

2.1.3 樣品性能表征

（1）力學性能表征

拉伸試樣選用注射成形的標準試樣，正常溫度下，最大加載速度為50mm/min，按GB/1040.2-2006 標準進行試驗。每一條件下選取五個試樣，并取得平均值。

撞擊測試樣本由經注射成形的彎曲試模裁制而成，規格為×3.4mm，在室溫條件，試樣開單邊缺口后，按GB/T1843-1996 執行懸臂梁沖擊測試，每一條件同時選取了五個試樣，取得平均值。

（2）凝膠含量測定

取質量約為0.3g 的試樣，先用濾紙片包覆，然后再用鎳網包覆后，置于索氏抽提器中，以六氟異丙醇為主要溶液，于85℃下，回流約24 小時；取出用酒精洗凈后，將樣品置于燒杯中，換用甲基乙烯為主要溶劑，于100℃下抽提約30 小時；取出再用酒精洗凈后，再在索氏抽提器中用六氟異丙醇，在85℃下回流抽提24 小時。抽提完畢后，先將試樣用酒精溶液沖洗一遍，再放入鼓風干燥箱中烘至恒重狀態。

（3）掃描電鏡測試

將沖擊測試后的試樣截面切下，用SEM觀測截面的微觀形狀，在觀測前，截面都要先經噴金處理。

（4）動態力學性能測試

純E-MA-GMA 的DMA 試樣，以一mm 模具模壓成形試塊經裁量而成，規格約為×，測試要求為高頻10Hz，上升速率約為3×/min 為宜，測試環境溫度區域約為—100℃50～純的PET 及復合材料的DMA 試模有由注塑成形的彎曲試樣裁磨后制成，尺寸為30mm×10mm×1.2～1.5mm。實驗要求∶頻率為10Hz，上升速率3℃/min為宜。純PET 的檢測溫度范圍為30～120℃，而其他復合樣品的檢測溫度范圍均為—70～100℃。

2.2 某彈性體合金材料的制備方法和性能測試

2.2.1 某彈性體合金材料的制備方法

第一步，需要根據材料配方中各原料的重量份數稱取乙烯- 辛烯嵌段共聚物67 份、乙烯- 辛烯的共聚物27 份、納米級二氧化硅2 份、分散劑0.4 份、潤滑劑0.2份、抗氧劑0.4 份置于攪拌機中，在常溫下攪拌5-8min混合均勻；所述乙烯- 辛烯嵌段共聚物的分子量在20萬以上；所述潤滑劑為硬脂酸鈣；所述分散劑為脂肪酸酰胺類化合物；所述抗氧化劑為抗氧化劑1010 和抗氧化劑168 按重量份比2：1 混合而成，而攪拌速度為攪拌轉速為1000r/min。第二步，需要將第一步中的材料混合后的原料轉移至雙螺桿造粒機中加熱至熔融狀態，其加熱溫度為180-230℃，再向其中加入配方中所述重量份的二甲基硅油3 份混合均勻，擠出造粒，得到所述的彈性體合金材料母粒，二甲基硅油的分子量在15 萬以上。第三步，則需要將第二部中得到的彈性體合金材料母粒置于擠出機中，通過擠出機擠出成型得到所述的彈性體合金材料。

2.2.2 某彈性體合金材料的性能測試

對采用上述制備方法制備得到的合金材料進行性能測試，結果如表1：

表1 性能測試

從表1 可以看出，本發明的彈性體合金材料具有優異的抗磨耗性能，流動性好，適用于各種通用擠出機。與聚乙烯、聚丙烯等管道料的相容性好，擠出速度匹配，適用于雙層或多層共擠，具有優良的物理機械性能，衛生安全，不含任何有毒有害添加劑，符合相關衛生標準。以本發明的彈性體合金材料為內層與高密度聚乙烯（HDPE）共擠出成型的復合管道既保持了HDPE 管的易加工性和優良的物理機械性能，又具有很好的耐磨性能。這種管道的問世為耐磨管道行業提供了一種高性價比的新選擇。

2.3 結果與討論

在95/5 系統中，除交聯劑濃度為5wt%時，其余所有交聯劑濃度的沖擊強度值均是隨低吸入劑量濃度的增大而先提高后逐漸下降趨向平穩值，在低吸入劑量濃度時的強度差值也很大。總體來說，當交聯劑濃度為零點5wt%時，沖擊強度值差很大。在90/10 系統中，當交聯劑濃度為零點5wt%的，沖擊強度值差較其他交聯劑濃度的要大，隨吸入劑量濃度的提高而左右浮動，在5kGy 和70kGy 時會有極差值。交聯劑濃度lwt%時，沖擊強度在低的吸入藥量時在高交聯劑零點5wt%以下，在其他的交聯劑濃度上，隨著吸入藥量的增長先提高后降低，再逐漸上升。

在85/15 系統中，彈性體E-MA-GMA 濃度增加到了15wt%，此時撞擊硬度值增大。特別是當交聯劑濃度為1,0.5wt%時，硬度值可以達到了40KJ/m2之上，當交聯劑濃度為百分之一時，撞擊硬度值最大。不同交聯劑濃度的一般撞擊硬度值都是隨吸入藥量的增大先升后降再增加，一般都在5kGy 和70kGy 時，都有極大值。而在80/20 系統中，當交聯劑濃度為一wt%時，撞擊硬度值最大，一般撞擊硬度值都在69KJ/m2之上，且隨吸入藥量的增大先升后降再增加，在5kGy 和100kGy 時，都有極大值。交聯劑濃度為零點5wt%時，其沖擊強度值最小，強度最大值也都在55KJ/m2之上，在5kGy 和70kGy 之間時，則有最大值。而當交聯劑濃度為3,5wt%時，其沖擊強度值都在未加交聯劑以下，而且隨作用用量的增大都是以先提高后降低趨勢逐漸平緩。

3 結論

論文重點研究了在輻照狀況下的PET/SEBS-g-MA，以及PET/SEBS-g-MA/C 合金材質的熱力學性能和分子結構，以及相互作用關系。從熱力學性能及試驗結果分析，對于單一添加的SEBS-g-MA，其撞擊特性較有增強；在PET/SEBS-g-MA/C 三元復合體系中，當SEBS-g-MA濃度為二十wt%、交聯劑濃度為百分之一、以十kGy 輻照時，其沖擊強度則較于單一添加的彈性體中稍有增強。體系的凝膠材料含量和掃描電鏡圖像有助于在解釋上述條件時力學性能的改善。相比于PET/SEBS 和PET/SEBS-g-MA 兩種系統，當僅僅添加彈力體和輻照材料時，SEBS-g-MA 系統比SEBS 的增韌效率要略好；當添加交聯劑以后，PET/SEBS/C 系統的增韌效率好于PET/SEBS-g-MA/C 系統。

當同一交聯劑C濃度為lwt%時，則PET/SEBS-g-MA/C系統與PET/SEBS/C 系統的相對撞擊強度增加幅度較小，這或許是SEBS-g-MA 中接枝的馬來酸酐可與PET末端羥基反應。但當加入較低濃度的交聯劑C 并輻照時，多功能團單體的促進輻射增容效應或許會受到較前期反映的負面影響，因此對界面的增容影響效應與PET/SEBS 系統相對較差。