PS（聚苯乙烯）材料广泛应用于家电、汽车、玩具、餐饮以及工程工业等众多行业领域，具有优异的化学性能、良好的电绝缘性能、稳定的尺寸以及优越的加工性。然而苯环的存在活化了聚苯乙烯主链烷烃聚合物中的氢原子，导致其在空气中形成降低聚合物分子量的过氧化物。同时，在分子内旋存在限制的情况下，聚苯乙烯在溶剂耐受能力和抗开裂应力方面的性能进一步降低，而且存在脆性大、不耐低温、易热变形、抗冲击能力不足等问题，导致其在工业生产中的应用受到限制。为此，国内生产单位需要积极研究改性材料，实现对聚苯乙烯参数性能的改善。
1.聚苯乙烯改性技术的研究现状
为了进一步提升聚苯乙烯材料的性能，众多研究人员从阻燃、发泡、物理、化学等各个方面对改性聚苯乙烯材料的方法进行了一系列研究。其中，共混改性这一物理改性中的技术工艺具有频率高、见效快、经济实惠等特点，在橡胶塑料相关材料的生产制备环节应用较为广泛。SBS是热塑性弹性体的一种，是融合了塑料与橡胶两种材料的特性的嵌段共聚物材料。借助SBS这一热塑性弹性体材料对聚苯乙烯进行共混改性，所生产的复合材料在热学以及力学性能方面相对普通聚苯乙烯材料得到有效改善。廖华勇等人在研究中对SBS、PE以及PS三种材料进行了复合生产，研究结构表明，所生产的聚苯乙烯改性复合材料在加工性能、熔体流动性以及抗冲击能力方面均显著提升；袁绍彦等人对mSBS弹性体、碳酸钙纳米材料与聚苯乙烯改性复合后所制备材料的性能进行了分析，结果表明两种改性材料的相互作用有效改善了力学性能，碳酸钙纳米材料的存在使得材料的抗拉伸以及抗冲击能力得到显著增强；李娜等人研究了极性化SBS材料受DCP、PS含量的营销情况，认为极性化SBS的力学、热流动性能被PS材料改善，但是复合材料的抗拉伸能力却会随着SBS含量的增加而降低。
2. SBS与PS共混改性复合材料制备与力学性能分析实验
实验通过SBS这一热塑性弹性体残留完成对聚苯乙烯材料的共混改性，基于不同配比生产多种复合材料，并通过实验对比的方式验证各种配比情况下复合材料相对聚苯乙烯在热稳定性、力学性能等方面的改善情况，实现对最优SBS与PS配比的分析确认。
2.1.实验仪器
实验设备主要包括： SHR-25A型号的高速混料设备，香港先锋的HPL-27/48双螺杆挤出造粒设备，博刽BS120-Ⅲ型号的注塑设备，德国ZWICK的B3115.000数显悬臂冲击试验机， 010电脑拉力机和B4106E熔体流动速率检测设备，意大利CEAST6970.000型号的维卡热变形温度测定设备梅特勒TGA2的热重分析设备。
2.2 实验原料
聚苯乙烯：巴斯夫143E的GPPS塑料，在200℃具有9g/10min的熔体流动速率；巴陵热塑性弹性体1401SBS材料，具有丁二烯与苯乙烯比值为60:40，线性特征，具有0.7%的挥发分以及0.5g/10min的熔体流动速率，定伸应力与拉伸强度分别为3.5 MPa和24 MPa。
2.3 复合材料样品制备工序
在复合材料制备过程中，需要基于不同的比例将干燥的SBS与聚苯乙烯材料均匀混合，并借助双螺杆挤出造粒设备将混合材料挤出，完成造粒和烘干操作。在挤出过程中，需要对设备温度进行控制，避免超出120-190℃范围，按照120r/min的螺杆转速以及75kW的电机功率运行。在烘干完成后，通过注塑机以75~100 MPa的压力将粒料注射成型，操作过程中需要将温度控制在180~220℃范围内，最终形成的样条形状为哑铃状。
2.4 复合材料性能测试方法
按照2018年的1040.1标准测试拉伸应力应变性能，按照GB/T9341-2008标准测试弯曲能力，按照GB/T1843-2008标准测试冲击能力，按照GB/T1633-2000标准测试耐热性，按照GB/T3682.1-2018标准测试熔体的流动速度。此外，在TGA分析方面，需要在氮气气氛中开展，按照每分钟10℃的温度提升速度和每分钟50mL的气体流动速度，测试室温至750℃时的参数指标。
3.实验结果分析
3.1 SBS用量对力学性能的影响分析
在实验期间，针对不同配比方式制备的改性复合材料进行测试，抗弯曲、抗拉伸情况详见表1。数据结果表明，不添加SBS的纯聚苯乙烯材料在抗弯曲、抗拉伸等方面的强度最高，随着所混合SBS材料含量的增加，共混复合材料在弯曲模量、弯曲强化以及拉伸强度方面的参数均显著降低，但是断裂伸长率却有所提升。同时，随着SBS占比的提升，弯曲、拉伸参数的变化率进一步增加，这一情况的出现与聚苯乙烯比SBS具有更高的硬度和刚性存在关联。聚苯乙烯在SBS材料的作用下能够形成剪切带和银纹，相互作用力的存在降低了材料的拉伸性能，但是却提升了复合材料的韧性。
表1 PS/SBS共混材料的弯曲性能与拉伸性能
抗冲击能力测试结果如图1所示。数据结果表明，复合材料的冲击强度在SBS比例增加的情况下持续提升，从100:0到80:20的比例变化中，冲击强度由13.08 kJ/m2这一初始强度提升到51 kJ/m2，但是SBS占比不断提升的过程中，冲击强度的增长幅度不断降低。聚苯乙烯与SBS材料均具备苯乙烯结构，使得两者具有良好的分散性和相容性，在共混改性过程中，SBS中的B借助化学键连接S，聚苯乙烯则与S转化为一种相，在SBS于聚苯乙烯内部均匀分散的情况下能够作为集中应力的点位实现对冲击能力的有效吸收，避免银纹转化为裂纹，使得材料具有更强的抗冲击能力。
图1 PS/SBS共混材料的冲击强度
3.2 SBS用量对MFR的影响分析
MFR即为熔体流动速度，该参数用于对所制备改性复合材料的熔体流动性进行评估，直接影响到所设定的工艺条件标准以及所选择的材料类型。相对而言，聚苯乙烯黏度低且难以流动，SBS在这方面的优势则能够对聚苯乙烯进行改性优化。MFR受SBS混入比例变化的影响情况如图2所示，数据结果表明，纯聚苯乙烯残留具有每十分钟9.0g的MFR参数，该参数随之SBS占比的增加的不断提升，最终在80:20的比例中得到每十分钟11.9g的MFR参数，这证明了SBS在改善聚苯乙烯材料黏度和流动性方面的优势效果。
图2 PS/SBS共混材料的熔体流动速率
3.3 SBS用量对热稳定性的影响分析
针对复合材料进行实验测试得到的DTG与TG曲线如图3所示，数据结果表明，在SBS占比不断改变的情况下，两种曲线具有三个阶段的热解，且呈现出相同的趋势。其中，第一阶段的热解为345℃以下，此时的并无失重情况出现；第二阶段的热解为345~480℃范围，复合材料失重情况明显，证明该阶段正进行较为激烈的热解，断裂的分子链使得较多挥发分析出；第三阶段的热解为480℃以上，基本无失重情况存在，残碳量最终达到稳定数值。此外，通过实验研究可以发现，在SBS占比不断增加的情况下，聚苯乙烯改性复合材料的分解温度均大幅度增加，但残炭率却不会因此改变，实验证明了SBS材料对聚苯乙烯材料热稳定性改善方面的优势效果。
图3 PS/SBS共混材料的DTG与TG曲线
3.4 SBS用量对耐热性能的影响分析
针对复合材料进行实验测试得到的维卡软化温度曲线如图4所示，数据结果表明，在耐热性方面，单纯的聚苯乙烯材料性能较差，在84℃情况下软化；随着SBS占比的持续提升，复合改性材料的维卡软化温度也随之提升，当SBS占比达到20%的状态时，复合材料具有89.3℃的维卡软化温度。在原理方面，SBS与聚苯乙烯的混合，使得两者出现交联反应，在SBS占比不断增加的情况下，交联结构的稳定性不断提升，PS分子链的运动也随之受到阻碍，进而使得复合材料具有更高的耐热性能。
图4 PS/SBS共混材料的维卡软化温度
4.结语
综上所述，聚苯乙烯与SBS热塑性弹性体材料具有良好的相容性，在SBS占比不断增加的情况下，复合材料的冲击强度和韧性显著增强，热稳定性、熔体流动速率以及耐热性进一步增加，材料的断裂伸长率有所提升，但是在拉伸强度方面却有所减少，综合对比各种配比发现，92:8的PS/SBS质量比能够配置最优的复合材料。
参考文献：
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[4]卢肖然.热塑性弹性体改性聚苯乙烯复合材料的制备及力学性能研究[J].塑料科技,2021,49(09):17-20.
