CN101245163A - 一种使无定形高分子材料形成片层微观结构的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及提供了一种使无定形高分子材料形成片层微观结构的方法，通过该方法可使无定形高分子材料形成新型微观“片状结构”；通过改变成型加工的温度，压力和时间之间的组合，可以得到不同的形态结构。通过形成这种片状微观结构，材料的性能可以大幅的提高，特别是冲击强度有大幅的提高。该方法具有成型工艺简单、能耗低等特点，加工过程中温度较低，减少了共聚物在加工成型中的能耗，改善了制品的性能。由于是低温成型，可在加工中减少了多种助剂的添加，节省了成本且减少了循环中的环境污染。

Description

一种使无定形高分子材料形成片层微观结构的方法
技术领域
本发明属于高分子材料物理及其加工领域，特别涉及一种苯乙烯-丁二烯-苯乙烯SBS和聚苯乙烯PS的压力诱导流动成型方法。
背景技术
聚苯乙烯(PS)是热塑性树脂的主要品种之一，是德国I.G法本公司(BASE公司前身)于1930年首先实现工业化生产的。由于它具有质硬、透明、刚性、电绝缘性、低吸湿性、价格低廉、容易染色、易加工等特点，已成为当今四大通用塑料之一。PS主要用于包装、建筑、医药、电子、汽车、家电、仪表、鞋类、生活日用品、家具、玩具等行业，约有1/3的PS用于包装行业，电子工业次之。但是在工程材料及结构性材料领域由于其抗冲击强度低而应用较少。
从聚合物的形态学来看，制品的宏观性能是由聚合物的形态决定的，而成型加工方法和加工工艺条件能影响聚合物的形态。传统的加工方法一般在较高的温度下进行，这使得聚合物及添加剂降解现象严重，而且传统的加工方法得到的聚合物材料中，分子链是一种无规缠绕、折叠和扭曲状态，这使得化学键本身的高强度并没有在宏观上转化为制品本身的强度。
近年来，美国麻省理工学院的Anne M.Mayes教授研究发现，对于一些嵌段共聚物，不需要熔化，只需在压力的作用下，就能够产生像熔体一样的流动行为，从而可以成型，这些聚合物被称为“baroplastics”。这种类似于金属成型的低温压力诱导流动(pressureinduced flow at low temperature)成型方法，由于是低于聚合物熔点甚至是室温下成型，避免了聚合物在高温下的降解，因此不会损伤聚合物的性能，研究报道采用这种方法成型，聚合物在反复成型10次后，材料的性能都不会降低。因此，Nature杂志笑死评述这一发现时曾通过这种方法成型的塑料为“evergreen plastics”。
高聚物在压力下的形态已进行了广泛的研究，R.Y.F.Liu等(R.Y.F.Liu，T.E.Bemal-Lara，A.Hiltner，Macromolecular，2004，37，6972)研究了不相容的两种聚合物材料(PC和PMMMA，PET和SAN)在常温压力下相界面逐渐模糊，形成纳米层状结构的过程。V.P.Privalko等(V.P.Privalko，A.M.Tarara，L.I.Bezyuk，Polymer ScienceU.S.S.R.1985，642)研究了熔融三氟氯乙烯(poly(chlorotrifluoroethylene))高压下的结晶产物，发现玻璃化温度、熔点都随压力的增加而增加，作者认为是高压下高聚物结晶发生了折叠链向伸直链的转变。虽然对高分子材料在高压下进行了微观结构的研究，但对材料在低温压力下形成理想的高抗冲、抗拉结构的研究还很少。
目前，国内外研究高分子材料压力诱导流动成型的小组不断增多，但研究的高分子体系还较少，主要是一些专门合成或反应共混的具有特殊结构的嵌段共聚物或共混物，以及核-壳纳米颗粒，而且只有适当结构的嵌段共聚物才具有压力诱导流动成型性。因此，对于无定形高分子材料还未有相关研究的报道，特别是对于SBS/PS。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种SBS/PS的压力诱导流动成型方法，通过压力诱导流动成型使高聚物材料在压力下产生半固态的流动，从而产生理想的微观结构，改善聚合物的力学性能。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种使无定形高分子材料形成片层微观结构的方法，所述的无定形高分子材料包括苯乙烯-丁二烯-苯乙烯SBS和聚苯乙烯PS，所述的方法包括下列步骤：
(1)将苯乙烯-丁二烯-苯乙烯SBS和聚苯乙烯PS在70-80℃的条件下干燥1小时，然后按质量比为0～40/100～60进行混合，经双螺杆挤出机共混挤出、切粒，四段温度设置范围110-220℃；然后将混合粒料经注塑机加工，成型为厚薄均匀的板材，注塑机温度范围为150-225℃；
(2)将注塑后的样条放入模具中，在40-110℃的温度条件下，压力为300MPa，压制5min，实现SBS/PS的压力诱导流动成型。
所述的共混挤出的温度为120-196℃，注塑温度为175-225℃。
所述的压力诱导流动成型的温度为40-110℃，压力为0.3-1.2GPa，压制时间为1-15min。
本发明提供的SBS/PS高抗冲微观结构产生的加工方法形成了高抗冲的微观结构，提高抗冲击性能的同时也提高了材料的拉伸性能。采用压力诱导流动成型的方法，由于材料在低温下加工，降低了高分子在加工中的降解，改善了制成材料的性能。同时高压成型提高了聚合物的密度和硬度。通过形成这种片状微观结构，SBS/PS的性能可以大幅的提高，特别是冲击强度可以提高3-5倍，在提高冲击性能的同时也提高了材料的拉伸性能。
有益效果
1.该方法形成了典型的“片层状结构”微观结构的高聚物样条，发现“片层状结构”更大地改善了材料的冲击性能。
2.该方法成型的SBS/PS样条，加工过程中温度较低，减少了共聚物在加工成型中的能耗，改善了制品的性能。
3.由于是低温成型，可在加工中减少了多种助剂的添加，节省了成本且减少了循环中的环境污染。
附图说明
图1SBS/PS(0/100)的SEM冲击截面图。
图2SBS/PS(10/90)的SEM冲击截面图。
图3SBS/PS(0/100)的压力诱导流动成型的SEM冲击截面图(60℃)。
图4SBS/PS(10/90)的压力诱导流动成型的SEM冲击截面图(50℃)。
图5SBS/PS(10/90)的压力诱导流动成型的SEM冲击截面图(70℃)。
图6SBS/PS(10/90)的压力诱导流动成型的SEM冲击截面图(90℃)。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
本发明所提供的SBS/PS的压力诱导流动成型方法的具体步骤为：
①将SBS、PS在70-80℃的条件下干燥1小时，然后按不同的质量的比进行混合，经双螺杆挤出机共混挤出、切粒，四段温度设置范围120-196℃；
在注塑温度为0-150℃，注塑压力为60bar-160bar的条件下注塑成型SBS/PS样条；
将制备的SBS/PS样条，剪切为长方体形状(24mm*10mm*4mm)；
②将剪切好的样条放入模具(模具内空腔为80mm*10mm*4mm的长方体)的腔体中部，在0-150℃的温度条件下，0-150分钟时间内，0-100Gpa的压力下出现压力诱导流动成型。
所述的方法中，优选的温度为50-110℃，优选的时间为5-20分钟，优选的压力为0.1-2Gpa。
该方法可在硫化机、压力机等压力设备上，通过模压、冲压或连续式等方法进行加工。实例1.SBS/PS(0/100)在300MPa压力下，改变加工温度，压力诱导流动成型5分钟后的微观结构改变不大及其冲击强度没有明显的提高。如表1。
           表1.SBS/PS(0/100)的冲击强度(300MPa，5min)
Figure S2008100352541D00041
实例2.SBS/PS(10/90)在300MPa压力下，改变加工温度，压力诱导流动成型5分钟后的微观结构改变及其冲击强度的提高。如表2。
           表2.SBS/PS(10/90)的冲击强度(300MPa，5min)
Figure S2008100352541D00042
实例3.SBS/PS(10/90)在300MPa压力下，改变加工温度，压力诱导流动成型5分钟后的微观结构改变及其拉伸强度的变化。如表3
            表3.SBS/PS(10/90)的拉伸强度(300MPa，5min)
Figure S2008100352541D00043
Figure S2008100352541D00051
实例4.SBS/PS(40/60)在300MPa压力下，改变加工温度，压力诱导流动成型5分钟后的微观结构改变及其拉伸强度的变化。如表4。
        表4.SBS/PS(10/90)和(40/60)的拉伸强度(300MPa，5min)
Figure S2008100352541D00052

Claims (3)

1.一种使无定形高分子材料形成片层微观结构的方法，所述的无定形高分子材料包括热塑性弹性体SBS和聚苯乙烯PS，所述的方法包括下列步骤：
(1)将热塑性弹性体SBS和聚苯乙烯PS在70-80℃的条件下干燥1小时，然后按质量比为0～40/100～60进行混合，经双螺杆挤出机共混挤出、切粒，四段温度设置范围110-220℃；然后将混合粒料经注塑机加工，成型为厚薄均匀的板材，注塑机温度范围为150-225℃；
(2)将注塑后的样条放入模具中，在40-110℃的温度条件下，压力为300MPa，压制5min，实现SBS/PS的压力诱导流动成型。
2.根据权利要求1所述的一种使无定形高分子材料形成片层微观结构的方法，其特征在于：所述的共混挤出的温度为120-196℃，注塑温度为175-225℃。
3.根据权利要求1所述的一种使无定形高分子材料形成片层微观结构的方法，其特征在于：所述的压力诱导流动成型的温度为40-110℃，压力为0.3-1.2GPa，压制时间为1-15min。
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