研究与评论:材料科学杂雷竞技苹果下载志
菜单ISSN: 2321 - 6212
ISSN: 2321 - 6212
收到:17/02/2014;修改后:13/03/2014;接受:17/03/2014
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采用溶液浇铸法制备了不同组分的聚苯乙烯(PS)和渗出树脂(ER)的热塑性弹性体共混物。对该系统的力学性能进行了详细的研究。测定了应力应变行为、抗拉强度、断裂伸长率和杨氏模量。分析了共混比对合金力学性能和表面硬度的影响。ER的加入降低了聚苯乙烯的塑性。PS/ER配比为60/40的共混物力学性能较好。60/40 PS/ER共混比表明，所研究的共混物中相间的相容性较高。这是根据共混物的形态来解释的。采用串联、并联、Halpin-Tsai等理论模型拟合实验力学数据。采用扫描电镜对共混物的表面形貌进行了分析。
弹性体;机械性能;形态;热塑性弹性体混合物
在过去的四十年中，聚合物共混技术一直是高分子科学研究和发展的主要领域之一。聚合物共混物在解决新兴应用需求方面提供了一个很有前途的解决方案。与开发新的单体和聚合物相比，将现有聚合物组合成具有商业化性能的新组合物的能力提供了减少研究和开发费用的优势，以产生类似的性能概况[1,2,3.]。两种聚合物的主要性能的可加性只有在它们形成多相体系时才会产生，而均相共混只能得到性能的平均值[4,5,6]。许多研究人员对各种共混物进行了一系列广泛的研究[7-14]。两相体系的形成不一定是不利的事件，因为许多有用的特性，即单相的特征，可以保留在共混物中，而其他特性可以根据共混物组成平均[5]。为了获得高性能的材料，经过广泛的文献调查，本文选择了臭椿树渗出树脂(ER)和聚苯乙烯(PS)作为材料进行研究。弹性体性质的ER可以用作橡胶的某些应用，它是太灵活。PS与ER共混可以很容易地降低其刚度。作为一种天然的弹性体，ER具有许多有用的特性，如可生物降解性和弹性体性能。据我们所知，目前还没有研究ER/PS系统的尝试，它是一种新的研究系统。如果两相充分交联，则共混物的物理和化学性能通常得到改善。本文研究了ER-PS共混物的形貌和力学性能。共混物的形貌与力学性能相关。分析了共混物组成对材料形貌和力学性能的影响。 Finally, various theoretical models have been used to compare the experimental results.
本研究使用的聚苯乙烯购自PolyChem, Ltd (Bombay, India)。其溶解度参数为8.56 (cal/cm)3.）1/2，数平均分子量3.51 × 105密度为1.04 g/cm3.。渗出树脂采集自卡纳塔克邦Shivamogga地区Sagara附近种植的臭椿树。过氧化二氨基、二乙烯基苯和苯购自HiMedia Laboratories Pvt. Ltd.。孟买,印度。
首先在室温下将渗出的树脂溶解在苯中，并过滤溶液以去除杂质。然后将溶液保持6小时，使聚合物部分沉淀在烧杯底部。然后将顶部从烧杯中取出，底部在50°C的烤箱中保存12小时，使苯蒸发。干燥后的样品用于制备混合物。将聚苯乙烯和树脂溶解在苯中，用磁力搅拌器按合适的混合比例混合。将2% (w/w)的弹性体交联剂过氧化二umyl和聚苯乙烯交联剂二乙烯基苯称重并溶于苯中。然后将过氧化二氨基和二乙烯基苯的溶液缓慢加入到混合溶液中搅拌2小时。然后将溶液转移到培养皿中，在70°C烤箱中保存24小时。这些干燥的材料被剥离出来，并使用电加热液压机在140°C下压缩成型20分钟。薄膜厚度减小到2 ~ 2.5 mm。 Then the samples were introduced to conduct swelling measurements.
力学试验前，将试件在70℃真空干燥3 h，去除水分。在25±2°C条件下，按照ASTM D412试验方法，使用哑铃形试样，十字头速度为500 mm/min，使用万能试验机(UTM, SHIMADZU AGI)进行拉伸试验。硬度(邵氏A)根据ASTM D 2240方法使用硬度计(邵氏A硬度计)测量。所有报告的值都是从至少四个测试结果中获得的。
用JEOL JSM 5800LV扫描电子显微镜观察共混物的形貌。加速电压通常在1-40千伏范围内，电流为20微安。样品需要表面导电性，因此在表面溅射一层薄(~10nm)的导电金属(金或铂)。
为了了解由ER/PS体系制备的热塑性弹性体共混物的力学性能，研究了不同组分的应力-应变行为。给出了不同混合比下的应力应变图图1。与纯组分相比，共混物的变形行为有相当大的变化。随着共混物中ER含量的增加，共混物的应力-应变行为从塑性向橡胶性质偏离。随着弹性体ER的加入，聚苯乙烯材料的韧性降低。对于共混物，交联结构降低了分子的链迁移率或自由运动，提高了韧性。给定材料在外加载荷作用下的变形性质可以从应力-应变曲线中理解。
图1:不同共混组分下ER/PS共混物的应力应变图
聚苯乙烯的曲线表现出典型的塑性性质，且曲线的初始斜率较大。随着弹性树脂在聚苯乙烯中的加入，曲线的初始斜率逐渐减小。随着ER含量的增加，材料的初始模量和屈服倾向均减小。当共混物中ER含量超过30%时，曲线表现出弹性行为。当ER含量进一步增加时，屈服点消失。纯弹性体树脂具有典型的弹性体应力-应变特性。
拉伸强度随共混物中ER含量的变化规律图2。拉伸性能主要取决于聚合物的结晶度。在聚苯乙烯中加入弹性体也可以降低结晶度。因此，在共混物中掺入ER一定会降低拉伸性能。随着ER进入PS相数量的增加，拉伸强度急剧降低。在最大拉伸强度以上，共混试样发生断裂。它完全取决于共混物中两种聚合物相之间的相互作用。当PS含量超过50%时，共混物的抗拉强度突然增加。
图2:抗拉强度随PS用量的变化
图3描述了不同成分下共混体系的杨氏模量的变化。该图显示，随着共混物中ER含量的增加，它们的值急剧减少。当共混物中PS的比例超过40%时，杨氏模量急剧增加。模量的显著增加是由于高模量聚苯乙烯作为连续相的存在。这清楚地表明，在弹性体中添加PS可以增强韧性。通过适当地选择独立聚合物组分的适当组合物，可以获得所需的性能。
图3:ER-PS共混物杨氏模量随PS用量的变化
图4研究了聚苯乙烯掺量对断裂伸长率的影响。纯ER的断裂伸长率较高。在纯内质网的情况下，它在应力作用下通过流动机制完全松弛。在弹性体树脂中加入聚苯乙烯，通过限制共混物中弹性体链的自由运动来降低断裂伸长率。该值随着聚苯乙烯含量的增加而降低，并且发现60/40共混组合相对较好。进一步发现断裂伸长率降低。当PS含量为50%时，共混物的断裂伸长率最小。断裂伸长率低的原因可以解释为共混物中两相之间的粘附性差。
图4:共混物组成对ER-PS共混物断裂伸长率的影响
共混比对共混物硬度的影响见图5。硬度随弹性体含量的增加而降低。聚苯乙烯是结晶性的，ER是强度较差的无定形材料。因此，随着弹性体含量的增加，硬度降低。这是由于弹性体相的掺入导致结晶度的降低。聚苯乙烯的加入提高了材料的硬度，证明了ER/PS共混体系的塑性得到了显著改善。
图5:共混物组成对ER-PS共混物硬度的影响
对由连续聚合物相和颗粒填料相组成的两相复合材料的力学性能进行了较详细的研究。因此，有各种各样的模型可以用来描述模量、抗拉强度和断裂伸长率作为填料重量分数的函数。平行模型、串联模型和Halpin-Tsai模型等不同的模型被用来预测这些共混物的力学性能[15]。由混合规则给出了最高上界并行模型，
式中M为共混物的任何机械性能。米1和M2构件1和2的力学性能分别是，Ø1和Ø2是它们对应的权重分数。在最低界级数模型中，方程如下:
参数sm, M1,米2,Ø1和Ø2与上限模型中相同。
根据Halpin-Tsai方程，
在哪里
在这些模型中，下标1和2分别对应于连续相和分散相。常数A我= 0.66时，弹性体在连续硬基体中形成分散相。另一方面，如果硬材料在连续弹性体基体中形成分散相，则a我= 1.5。在不相容共混物的情况下，实验值一般在平行上界(MU)和级数下界(Ml)值[16]。
图6和7给出了拉伸强度和杨氏模量随软相体积分数变化的实验曲线和理论曲线。这一结果与我们的形态学和力学性能实验结果基本一致。从用于预测力学性能的各种模型中，可以观察到共混物中相之间存在显着的粘附。Halpin-Tsai模型与实验结果具有较高的可比性。这可能是由于共混物中两相交联产生的界面相互作用。通过形貌研究进一步证实了界面的相互作用。
图6:各种模型对共混物抗拉强度的适用性
图7:各种模型对共混物模量的适用性
用扫描电子显微镜研究制备样品的表面形貌。图8显示了纯聚苯乙烯及其与不同ER百分比的共混物的SEM照片。纯聚苯乙烯在照片中表现出多孔性。微观形貌是确定聚合物共混物性能的有力工具。填料和弹性体的加入决定了共混物的形貌[17]。如图所示，在聚苯乙烯中加入弹性体可以减少聚苯乙烯的孔隙率。当ER含量为40%时，共混物的表面形貌更好。热塑性弹性体是相分离的体系，其中一相是坚硬的固体，而另一相在室温下是橡胶。拉伸性能通常取决于存在的硬相的数量。弹性体相通过共混渗入热塑性相。因此，所述共混物的形貌表现出相对较好的非多孔性。在共混比ER40PS60中，ER向PS相有较好的分散。弹性体相控制着产物的稳定性和物理特性。
图8:(a) PS， (b) ER扫描电镜图30.PS70(c) ER40PS60(d)呃50PS50(e) ER70PS30.
许多研究人员试图比较共混物的形态和物理性质[17-19]。最初，弹性体分散的聚苯乙烯共混物相互渗透，并通过软化样品来降低拉伸强度。在进一步向聚苯乙烯中加入弹性体树脂后，可增强共混物的弹性体或柔软性。由于表面形貌优良，共混比ER40PS60具有较好的拉伸性能，特别是断裂伸长率。这可能是由于共混物中两相之间的界面相互作用增强。在共混物中ER超过40%的照片中可以观察到弹性体团聚。这清楚地表明，表面形貌对热塑性弹性体共混物的机械稳定性有很强的影响。
ER- ps共混物的形貌表现为两相结构，较低比例的ER以畴的形式分散在连续的聚苯乙烯相中，但当ER的比例增加到40%以上时，该组分仍以连续相的形式存在。结果表明，少量组分以分散相的形式出现，其畴尺寸随其浓度的增加而增大。发现共混物的形貌对力学性能有很大的影响。发现超过40%聚苯乙烯的机械性能迅速提高。这种机械性能的突然上升与聚苯乙烯基体的完全连续性质有关。机械性能，如抗拉强度，杨氏模量和硬度较高的共混物含有较高的聚苯乙烯的比例。模量也发现，较高的塑料含量的成分是最大的。几乎所有的性能都随着ER的加入而降低，这是由于聚苯乙烯的结晶度降低，也是由于共混界面上的界面相互作用差。各种理论模型被用来预测共混物的拉伸强度和杨氏模量。结果表明，该模型与实验结果吻合较好。
作者对Rajarajeswari工程学院校长和管理层的鼓励和精神支持表示感谢。
