TPU 共混增韌日本寶理 POM Duracon YF-5 POM的研究
日本寶理 POM Duracon YF-5 POM是目前使用較為廣泛的工程塑料,具有較高的強(qiáng)度和剛性,素有“賽剛”、“超剛”之稱。由于POM 分子結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單規(guī)整,極易形成大球晶,導(dǎo)致其缺口沖擊強(qiáng)度低,韌性差。為了拓展POM 的應(yīng)用范圍,常常選用增韌劑與其共混來(lái)改善POM 的韌性。但是,由于POM 是弱極性線形聚合物,與大多數(shù)聚合物相容性差,導(dǎo)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(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)的增韌劑品種．這主要是因?yàn)镻OM 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(duì)共混物力學(xué)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-5 POM 的缺口沖擊強(qiáng)度．隨著硬度的提高,共混物的增韌效果逐漸下降．當(dāng)TPU 含量低于１５％(質(zhì)量分?jǐn)?shù),下同)時(shí),４種硬度TPU 的增韌效果相差不明顯,共混物的沖擊強(qiáng)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(xiàn)差異,其中TPU的增韌效果*為明顯．當(dāng)TPU添加量為３５％時(shí),POM/TPU發(fā)生脆Ｇ韌轉(zhuǎn)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(dāng)TPU含量為４０％時(shí),POM/TPU共混物的缺口沖擊強(qiáng)度達(dá)到５５kJ/m２,是純POM 的１１倍,而其他３種僅達(dá)到純POM 的４~５倍．這可能是由于當(dāng)TPU含量較低時(shí),彈性體數(shù)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(fā)了更多的銀紋和剪切帶,有效終止裂紋的發(fā)展,進(jìn)而提高材料的韌性．而且,TPU 硬度越低,TPU 越易由高剛轉(zhuǎn)變?yōu)楦唔g性聚合物,對(duì)POM 的增韌效果越顯著。
與純?nèi)毡緦毨?nbsp;POM Duracon YF-5 POM樹脂相比,TPU 的加入可有效提高樹脂的沖擊韌性,表現(xiàn)為延伸率和缺口沖擊強(qiáng)度的提高;但共混體系的拉伸強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度出現(xiàn)明顯下降,這主要是因?yàn)門PU 對(duì)于POM 的增韌遵循彈性體增韌的一般規(guī)律,即彈性體使基體發(fā)生塑化,因此在大幅度提高沖擊性能的同時(shí)會(huì)造成其他力學(xué)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(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度相差不大,而POM/TPU的缺口沖擊強(qiáng)度和延伸率明顯優(yōu)于其他體系,表現(xiàn)出較好的韌性。
TPU呈球形分散在基體中，兩相界面模糊,說(shuō)明彈性體與日本寶理 POM Duracon YF-5 POM 有一定的界面作用．當(dāng)材料受到外力作用時(shí),TPU 顆粒可以作為應(yīng)力中心,使基體產(chǎn)生剪切屈服．同時(shí),斷裂過(guò)程需克服兩相間界面作用力,進(jìn)而耗散大量的能量,從而使得材料的沖擊強(qiáng)度得以提高．不同硬度的TPU 在基體中分散狀態(tài)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(shuō)明相容性較好,因此在材料受到外力作用時(shí)能夠有效耗散能量,從而改善基體的韌性．
TPU 硬度對(duì)共混物結(jié)晶性能的影響
純?nèi)毡緦毨?nbsp;POM Duracon YF-5 POM 的球晶尺寸大和結(jié)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(jié)晶速率。純POM 的球晶尺寸較大．在材料受到外力作用時(shí),這些大球晶容易成為應(yīng)力集中點(diǎn),使制品的缺口敏感性增大,沖擊強(qiáng)度降低,在含量相同、硬度不同的TPU 共混體系中,TPU對(duì)POM 球晶的細(xì)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(yīng)地,在性能上表現(xiàn)為該體系的缺口沖擊強(qiáng)度明顯增大．
當(dāng)TPU 含量較低時(shí),共混物的球晶尺寸和形態(tài)與純?nèi)毡緦毨?nbsp;POM Duracon YF-5 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(jìn)入晶格形成球晶．隨著TPU 含量的進(jìn)一步增加,POM/TPU 共混體系的球晶尺寸下降,晶粒發(fā)生明顯細(xì)化(圖４b);當(dāng)TPU 含量增至２５％時(shí),POM 的球晶尺寸非常小,邊界模糊,以致于球晶之間難以區(qū)分．說(shuō)明TPU 的加入破壞了POM 結(jié)晶的規(guī)整性,使POM 球晶尺寸減小,晶粒細(xì)化。
結(jié)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(duì)體系的增韌幅度更顯著．當(dāng)TPU含量為３５％時(shí),體系達(dá)到脆Ｇ韌轉(zhuǎn)變點(diǎn),而其他３種TPU隨著添加量的增大,缺口沖擊強(qiáng)度上升緩慢．在TPU含量為４０％時(shí),共混體系的缺口沖擊強(qiáng)度達(dá)５５kJ/m２,是純POM 的１１倍．通過(guò)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(xù)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(yùn)動(dòng)受阻,球晶尺寸明顯減小,晶粒細(xì)化顯著,結(jié)晶度下降．