TPU 共混增韌日本寶理 POM Duracon YF-20 POM的研究
日本寶理 POM Duracon YF-20 POM是目前使用較為廣泛的工程塑料,具有較高的強度和剛性,素有“賽剛”、“超剛”之稱。由于POM 分子結構簡單規整,極易形成大球晶,導致其缺口沖擊強度低,韌性差。為了拓展POM 的應用范圍,常常選用增韌劑與其共混來改善POM 的韌性。但是,由于POM 是弱極性線形聚合物,與大多數聚合物相容性差,導致其增韌效果并不顯著。熱塑性聚氨酯彈性體(TPU)是提高POM 韌性*有效的改性劑之一,是目前**實現工業化生產的增韌劑品種．這主要是因為POM 分子中的部分醚鍵與TPU形成了氫鍵,具有一定相容性。但是TPU種類繁多,性能有所差異,不同硬度的同種TPU對共混物力學性能的影響也有不同。
硬度為６５HA 的TPU的增韌效果*好,可有效提高日本寶理 POM Duracon YF-20 POM 的缺口沖擊強度．隨著硬度的提高,共混物的增韌效果逐漸下降．當TPU 含量低于１５％(質量分數,下同)時,４種硬度TPU 的增韌效果相差不明顯,共混物的沖擊強度增加較緩．隨著TPU 含量的增加,４種TPU 的增韌效果開始出現差異,其中TPU的增韌效果*為明顯．當TPU添加量為３５％時,POM/TPU發生脆Ｇ韌轉變．而其他３種TPU 隨著添加量的增大,缺口沖擊韌性均緩慢上升,增韌效率不如TPU明顯．當TPU含量為４０％時,POM/TPU共混物的缺口沖擊強度達到５５kJ/m２,是純POM 的１１倍,而其他３種僅達到純POM 的４~５倍．這可能是由于當TPU含量較低時,彈性體數目較少,不能引起基體的塑性變形,材料韌性提高有限．隨著TPU 含量的增加,引發了更多的銀紋和剪切帶,有效終止裂紋的發展,進而提高材料的韌性．而且,TPU 硬度越低,TPU 越易由高剛轉變為高韌性聚合物,對POM 的增韌效果越顯著。
與純日本寶理 POM Duracon YF-20 POM樹脂相比,TPU 的加入可有效提高樹脂的沖擊韌性,表現為延伸率和缺口沖擊強度的提高;但共混體系的拉伸強度和彎曲強度出現明顯下降,這主要是因為TPU 對于POM 的增韌遵循彈性體增韌的一般規律,即彈性體使基體發生塑化,因此在大幅度提高沖擊性能的同時會造成其他力學性能的下降．在TPU 含量相同的條件下,不同硬度的POM/TPU 體系的拉伸強度和彎曲強度相差不大,而POM/TPU的缺口沖擊強度和延伸率明顯優于其他體系,表現出較好的韌性。
TPU呈球形分散在基體中，兩相界面模糊,說明彈性體與日本寶理 POM Duracon YF-20 POM 有一定的界面作用．當材料受到外力作用時,TPU 顆粒可以作為應力中心,使基體產生剪切屈服．同時,斷裂過程需克服兩相間界面作用力,進而耗散大量的能量,從而使得材料的沖擊強度得以提高．不同硬度的TPU 在基體中分散狀態以及與基體的界面相容性均不相同．TPU在基體中分散得較為均勻,分散相尺寸較小,且與基體的界面較模糊,說明相容性較好,因此在材料受到外力作用時能夠有效耗散能量,從而改善基體的韌性．
TPU 硬度對共混物結晶性能的影響
純日本寶理 POM Duracon YF-20 POM 的球晶尺寸大和結晶速率快是造成其沖擊韌性低的主要原因,因此增加材料韌性的*有效方法就是減小球晶尺寸和降低結晶速率。純POM 的球晶尺寸較大．在材料受到外力作用時,這些大球晶容易成為應力集中點,使制品的缺口敏感性增大,沖擊強度降低,在含量相同、硬度不同的TPU 共混體系中,TPU對POM 球晶的細化程度較其他３種TPU 更加明顯,球晶尺寸明顯減小;隨著TPU 硬度的提高,POM 的球晶尺寸與純POM 相比變化并不明顯．這可能是由于硬度為６５HA 的TPU與基體有一定的相容性,有效阻礙了POM 球晶的形成,使得球晶尺寸明顯小于其他共混體系．相應地,在性能上表現為該體系的缺口沖擊強度明顯增大．
當TPU 含量較低時,共混物的球晶尺寸和形態與純日本寶理 POM Duracon YF-20 POM樹脂相比并沒有明顯變化,這主要是由于TPU 在含量較低的情況下不能有效阻礙POM 分子鏈自由地進入晶格形成球晶．隨著TPU 含量的進一步增加,POM/TPU 共混體系的球晶尺寸下降,晶粒發生明顯細化(圖４b);當TPU 含量增至２５％時,POM 的球晶尺寸非常小,邊界模糊,以致于球晶之間難以區分．說明TPU 的加入破壞了POM 結晶的規整性,使POM 球晶尺寸減小,晶粒細化。
結論
４種不同硬度TPU 增韌的POM/TPU 體系的韌性均隨TPU 含量的增加而增大,硬度為６５的TPU對體系的增韌幅度更顯著．當TPU含量為３５％時,體系達到脆Ｇ韌轉變點,而其他３種TPU隨著添加量的增大,缺口沖擊強度上升緩慢．在TPU含量為４０％時,共混體系的缺口沖擊強度達５５kJ/m２,是純POM 的１１倍．通過微觀形貌分析可知,TPU與POM 有良好的相容性,在基體中能夠形成連續均勻的分散相,能更有效地增韌POM．
TPU與POM 有一定的界面作用,使得基體分子鏈運動受阻,球晶尺寸明顯減小,晶粒細化顯著,結晶度下降．