專利名稱：：一種使無定形高分子材料形成片層微觀結(jié)構(gòu)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于高分子材料物理及其加工領(lǐng)域，特別涉及一種苯乙烯-丁二烯-苯乙烯SBS和聚苯乙烯PS的壓力誘導(dǎo)流動成型方法。
背景技術(shù)：
：聚苯乙烯(PS)是熱塑性樹脂的主要品種之一，是德國I.G法本公司(BASE公司前身)于1930年首先實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)的。由于它具有質(zhì)硬、透明、剛性、電絕緣性、低吸濕性、價(jià)格低廉、容易染色、易加工等特點(diǎn)，已成為當(dāng)今四大通用塑料之一。PS主要用于包裝、建筑、醫(yī)藥、電子、汽車、家電、儀表、鞋類、生活日用品、家具、玩具等行業(yè)，約有1/3的PS用于包裝行業(yè)，電子工業(yè)次之。但是在工程材料及結(jié)構(gòu)性材料領(lǐng)域由于其抗沖擊強(qiáng)度低而應(yīng)用較少。從聚合物的形態(tài)學(xué)來看，制品的宏觀性能是由聚合物的形態(tài)決定的，而成型加工方法和加工工藝條件能影響聚合物的形態(tài)。傳統(tǒng)的加工方法一般在較高的溫度下進(jìn)行，這使得聚合物及添加劑降解現(xiàn)象嚴(yán)重，而且傳統(tǒng)的加工方法得到的聚合物材料中，分子鏈?zhǔn)且环N無規(guī)纏繞、折疊和扭曲狀態(tài)，這使得化學(xué)鍵本身的高強(qiáng)度并沒有在宏觀上轉(zhuǎn)化為制品本身的強(qiáng)度。近年來，美國麻省理工學(xué)院的AnneM.Mayes教授研究發(fā)現(xiàn)，對于一些嵌段共聚物，不需要熔化，只需在壓力的作用下，就能夠產(chǎn)生像熔體一樣的流動行為，從而可以成型，這些聚合物被稱為"baroplastics"。這種類似于金屬成型的低溫壓力誘導(dǎo)流動(pressureinducedflowatlowtemperature)成型方法，由于是低于聚合物熔點(diǎn)甚至是室溫下成型，避免了聚合物在高溫下的降解，因此不會損傷聚合物的性能，研究報(bào)道采用這種方法成型，聚合物在反復(fù)成型10次后，材料的性能都不會降低。因此，Nature雜志笑死評述這一發(fā)現(xiàn)時(shí)曾通過這種方法成型的塑料為"evergreenplastics"。高聚物在壓力下的形態(tài)已進(jìn)行了廣泛的研究，R.Y.F.Liu等(R.Y.F.Liu，T.E.Bemal-Lara,A.Hiltner，Macrotnolecular,2004，37，6972)研究了不相容的兩種聚合物材料(PC和PMMMA，PET和SAN)在常溫壓力下相界面逐漸模糊，形成納米層狀結(jié)構(gòu)的過程oV.P.Privalko等(V.P.Privalko，A.M.Tarara，LI.Bezyuk,PolymerScienceU.S.S.R.1985,642)研究了熔融三氟氯乙烯(poly(chlorotrifluoroethylene))高壓下的結(jié)晶產(chǎn)物，發(fā)現(xiàn)玻璃化溫度、熔點(diǎn)都隨壓力的增加而增加，作者認(rèn)為是高壓下高聚物結(jié)晶發(fā)生了折疊鏈向伸直鏈的轉(zhuǎn)變。雖然對高分子材料在高壓下進(jìn)行了微觀結(jié)構(gòu)的研究，但對材料在低溫壓力下形成理想的高抗沖、抗拉結(jié)構(gòu)的研究還很少。目前，國內(nèi)外研究高分子材料壓力誘導(dǎo)流動成型的小組不斷增多，但研究的高分子體系還較少，主要是一些專門合成或反應(yīng)共混的具有特殊結(jié)構(gòu)的嵌段共聚物或共混物，以及核-殼納米顆粒，而且只有適當(dāng)結(jié)構(gòu)的嵌段共聚物才具有壓力誘導(dǎo)流動成型性。因此，對于無定形高分子材料還未有相關(guān)研究的報(bào)道，特別是對于SBS/PS。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種SBS/PS的壓力誘導(dǎo)流動成型方法，通過壓力誘導(dǎo)流動成型使高聚物材料在壓力下產(chǎn)生半固態(tài)的流動，從而產(chǎn)生理想的微觀結(jié)構(gòu)，改善聚合物的力學(xué)性能。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是提供一種使無定形高分子材料形成片層微觀結(jié)構(gòu)的方法，所述的無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驟(1)將苯乙烯-丁二烯-苯乙烯SBS和聚苯乙烯PS在70-80。C的條件下干燥1小時(shí)，然后按質(zhì)量比為0~40/100~60進(jìn)行混合，經(jīng)雙螺桿擠出機(jī)共混擠出、切粒，四段溫度設(shè)置范圍110-22CTC;然后將混合粒料經(jīng)注塑機(jī)加工，成型為厚薄均勻的板材，注塑機(jī)溫度范圍為150-225'C;(2)將注塑后的樣條放入模具中，在40-11(TC的溫度條件下，壓力為300MPa，壓制5min，實(shí)現(xiàn)SBS/PS的壓力誘導(dǎo)流動成型。所述的共混擠出的溫度為120-196°C，注塑溫度為175-225°C。所述的壓力誘導(dǎo)流動成型的溫度為40-ll(TC，壓力為0.3-1.2GPa，壓制時(shí)間為1-15mino本發(fā)明提供的SBS/PS高抗沖微觀結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的加工方法形成了高抗沖的微觀結(jié)構(gòu)，提高抗沖擊性能的同時(shí)也提高了材料的拉伸性能。采用壓力誘導(dǎo)流動成型的方法，由于材料在低溫下加工，降低了高分子在加工中的降解，改善了制成材料的性能。同時(shí)高壓成型提高了聚合物的密度和硬度。通過形成這種片狀微觀結(jié)構(gòu)，SBS/PS的性能可以大幅的提高，特別是沖擊強(qiáng)度可以提高3-5倍，在提高沖擊性能的同時(shí)也提高了材料的拉伸性能。有益效果1.該方法形成了典型的"片層狀結(jié)構(gòu)"微觀結(jié)構(gòu)的高聚物樣條，發(fā)現(xiàn)"片層狀結(jié)構(gòu)"更大地改善了材料的沖擊性能。2.該方法成型的SBS/PS樣條，加工過程中溫度較低，減少了共聚物在加工成型中的能耗，改善了制品的性能。3.由于是低溫成型，可在加工中減少了多種助劑的添加，節(jié)省了成本且減少了循環(huán)中的環(huán)境污染。圖1SBS/PS(0/100)的SEM沖擊截面圖。圖2SBS/PS(10/90)的SEM沖擊截面圖。圖3SBS/PS(0/100)的壓力誘導(dǎo)流動成型的SEM沖擊截面圖(6(TC)。圖4SBS/PS(10/90)的壓力誘導(dǎo)流動成型的SEM沖擊截面圖(50°C)。圖5SBS/PS(10/90)的壓力誘導(dǎo)流動成型的SEM沖擊截面圖(7CTC)。圖6SBS/PS(10/90)的壓力誘導(dǎo)流動成型的SEM沖擊截面圖(90°C)。具體實(shí)施方式下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對本發(fā)明作各種改動或修改，這些等價(jià)形式同樣落于本申請所附權(quán)利要求書所限定的范圍。本發(fā)明所提供的SBS/PS的壓力誘導(dǎo)流動成型方法的具體步驟為①將SBS、PS在70-80'C的條件下干燥1小時(shí)，然后按不同的質(zhì)量的比進(jìn)行混合，經(jīng)雙螺桿擠出機(jī)共混擠出、切粒，四段溫度設(shè)置范圍120-196°C;在注塑溫度為0—15(TC，注塑壓力為60bar-160bar的條件下注塑成型SBS/PS樣條；將制備的SBS/PS樣條，剪切為長方體形狀(24mm*10mra*4mm);②將剪切好的樣條放入模具(模具內(nèi)空腔為80mi^l0ran^4mm的長方體)的腔體中部，在0—150'C的溫度條件下，0-150分鐘時(shí)間內(nèi)，0-100Gpa的壓力下出現(xiàn)壓力誘導(dǎo)流動成型。所述的方法中，優(yōu)選的溫度為50—11(TC，優(yōu)選的時(shí)間為5-20分鐘，優(yōu)選的壓力為0.l-2Gpa。該方法可在硫化機(jī)、壓力機(jī)等壓力設(shè)備上，通過模壓、沖壓或連續(xù)式等方法進(jìn)行加工。實(shí)例1.SBS/PS(0/100)在300MPa壓力下，改變加工溫度，壓力誘導(dǎo)流動成型5分鐘后的微觀結(jié)構(gòu)改變不大及其沖擊強(qiáng)度沒有明顯的提高。如表l。表1.SBS/PS(0/100)的沖擊強(qiáng)度(300MPa，5min)<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>實(shí)例2.SBS/PS(10/90)在300MPa壓力下，改變加工溫度，壓力誘導(dǎo)流動成型5分鐘后的微觀結(jié)構(gòu)改變及其沖擊強(qiáng)度的提高。如表2。表2.SBS/PS(10/卯)的沖擊強(qiáng)度(300MPa，5min)<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>實(shí)例3.SBS/PS(10/90)在300MPa壓力下，改變加工溫度，壓力誘導(dǎo)流動成型5分鐘后的微觀結(jié)構(gòu)改變及其拉伸強(qiáng)度的變化。如表3表3.SBS/PS(10/90)的拉伸強(qiáng)度(300MPa,5min)processedtemperatureTensilestrengthElasticitycoefficientElongation(°C)(MPa)(GPa)(%)Beforeprocessed18.90.68513.3350°C25.580.2616.5360°C27.450.3318.1370°C27.950.4417.1980'C24.920.3411.2390。C20.620.334.90100°C14.060,333.28實(shí)例4.SBS/PS(40/60)在3OOMPa壓力下，改變加工溫度，壓力誘導(dǎo)流動成型5分鐘后的微觀結(jié)構(gòu)改變及其拉伸強(qiáng)度的變化。如表4。表4.SBS/PS(10/卯)和(40/60)的拉伸強(qiáng)度(300MPa，5min)<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>權(quán)利要求1.一種使無定形高分子材料形成片層微觀結(jié)構(gòu)的方法，所述的無定形高分子材料包括熱塑性彈性體SBS和聚苯乙烯PS，所述的方法包括下列步驟(1)將熱塑性彈性體SBS和聚苯乙烯PS在70-80℃的條件下干燥1小時(shí)，然后按質(zhì)量比為0～40/100～60進(jìn)行混合，經(jīng)雙螺桿擠出機(jī)共混擠出、切粒，四段溫度設(shè)置范圍110-220℃；然后將混合粒料經(jīng)注塑機(jī)加工，成型為厚薄均勻的板材，注塑機(jī)溫度范圍為150-225℃；(2)將注塑后的樣條放入模具中，在40-110℃的溫度條件下，壓力為300MPa，壓制5min，實(shí)現(xiàn)SBS/PS的壓力誘導(dǎo)流動成型。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種使無定形高分子材料形成片層微觀結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于所述的共混擠出的溫度為120-196°C，注塑溫度為175-225°C。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種使無定形高分子材料形成片層微觀結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于所述的壓力誘導(dǎo)流動成型的溫度為40-110°C，壓力為0.3-1.2GPa，壓制時(shí)間為1-15min。全文摘要本發(fā)明涉及提供了一種使無定形高分子材料形成片層微觀結(jié)構(gòu)的方法，通過該方法可使無定形高分子材料形成新型微觀“片狀結(jié)構(gòu)”；通過改變成型加工的溫度，壓力和時(shí)間之間的組合，可以得到不同的形態(tài)結(jié)構(gòu)。通過形成這種片狀微觀結(jié)構(gòu)，材料的性能可以大幅的提高，特別是沖擊強(qiáng)度有大幅的提高。該方法具有成型工藝簡單、能耗低等特點(diǎn)，加工過程中溫度較低，減少了共聚物在加工成型中的能耗，改善了制品的性能。由于是低溫成型，可在加工中減少了多種助劑的添加，節(jié)省了成本且減少了循環(huán)中的環(huán)境污染。文檔編號C08L53/00GK101245163SQ20081003525公開日2008年8月20日申請日期2008年3月27日優(yōu)先權(quán)日2008年3月27日發(fā)明者余木火,姝朱,李書同,燕梁,滕翠青,焦明立,袁象愷,亮金,韓克清申請人:東華大學(xué)