聚苯醚(PPE)是近几十年发展较好的一种新兴高强度工程塑料，价格低廉、具有较好的耐高温性能、阻燃性能以及抗冲击性能，并且无毒无害，已经被广泛地用于电子电气，机械工业以及化工领域[1-2]。然而纯PPE的可塑性不强，因此对其进行热塑加工操作较为困难，同时较低的抗冲击强度降低其实用性[3]。因此，探寻合适的改性手段以提高PPE塑料的可塑性以及抗冲击强度尤为重要。目前对PPE的主要改性手段主要包括物理共混以及化学修饰，物理共混主要为将PPE和其他的树脂如聚苯乙烯(PS)[4]，聚酰胺(PA)[5]，聚对苯二甲酸丁二酯(PBT)[6]等进行共混，可有效改善PPE的力学性能，但可能对其耐高温性能以及阻燃性能造成影响。化学改性主要包括PPE与其他单体共聚合，嵌段聚合以及接枝聚合等[7]，可有效改善PPE的介电性能以及耐热性，但需要大量的有毒有害试剂，并且反应时间较长，不利于实际运用。目前研究中，改性PPE的应用主要在电子电气方面[8]，对汽车产业涉及较少。因此，发展一种可用于汽车产业的高力学性能以及阻燃性能的PPE塑料材料，对于扩大PPE塑料的应用领域具有较大的现实意义。本实验采用聚氯乙烯(PVC)与PPE进行共混，制备聚苯醚/聚氯乙烯(PPE/PVC)复合材料，并对其力学性能、阻燃性能以及耐化学品腐蚀性进行研究。1实验部分1.1主要原料聚苯醚(PPE)，200~300目，鸿远高分子有限公司；聚氯乙烯(PVC)，30目，东莞市旺达塑胶原料厂；抗氧化剂，1010，山东临沂化工厂；光稳定剂，1型，美国氟特公司；汽油、柴油、机油均为市售。1.2仪器与设备扫描电子显微镜(SEM)，JSM-5900LV，日本电子株式会社；万能电子试验机，CMT，美斯特工业系统有限公司；冲击试验机，ZBC1251-C，美斯特工业系统有限公司；热重分析仪(TG)，TGA SDTA851，瑞士Mettler Toledo公司；极限氧指数(LOI)分析仪，5801B，苏州阳屹沃尔奇检测技术有限公司；平行双螺杆混炼挤出机，SHJ-20，南京杰恩特机电有限公司；注射机，MA900IL/260，中国海天塑料机械有限公司；锥形量热仪，CCT，昆山莫帝斯科燃烧技术仪器有限公司。1.3样品制备表1为PPE/PVC样品配方，将PPE与PVC在70 ℃烘箱中烘干24 h备用。按照表1的配方称取原料，在高速混合机中混合均匀后，在双螺杆挤出机中进行熔融共混并挤出造粒，温度设置为210~230 ℃，螺杆转速为150 r/min。将造粒在烘箱中120 ℃烘干，放入注射机中注塑为标准样条，注射温度为180~250 ℃，注射压力为120 MPa，注射速率设置为100 g/s，注塑完成后，室温下进行冷却。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.07.001.T001表1不同PPE/PVC样品的配方Tab.1Formula of different PPE/PVC samples样品PPEPVC抗氧化剂光稳定剂PPE9601.52.5PVC0961.52.5PPE/PVC-19241.52.5PPE/PVC-28881.52.5PPE/PVC-384121.52.5PPE/PVC-480161.52.5%%1.4性能测试与表征SEM分析：液氮冷冻，脆断喷金，观察断面形貌。拉伸性能测试：按GB/T 1040.3—2006进行测试，拉伸速率50 mm/min。弯曲性能测试：按GB/T 9341—2008进行测试，弯曲速率20 mm/min。冲击性能测试：按GB/T 1843—2008进行测试。LOI测试：按GB/T 2406.1—2008进行测试，试样尺寸150 mm×7 mm×2 mm。燃烧性能测试：按GB/T 2408—2008进行测试，试样尺寸120 mm×10 mm×3 mm。TG分析：N2气氛，温度范围25~700 ℃，升温速率10 ℃/min。耐化学腐蚀性测试：根据文献[9]制定的外观等级标准进行测试，测试方法按照汽车厂家日产公司的企业标准NES M0133进行测试，样品为厚度2 mm。在25 ℃下，用移液管分别吸取0.1 mL的汽油，在距离样品1 cm高度处滴下，24 h后对其外观进行评级，表2为外观等级评价标准。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.07.001.T002表2外观等级评价标准Tab.2Appearance grade evaluation criteria外观等级依据0级无油斑0.5级轻微油斑1级轻微油斑1.5级明显油斑2级严重油斑2.5级变形溶胀2结果与讨论2.1样品的微观结构表征图1为纯PPE和不同PPE/PVC样品的SEM照片。从图1可以看出，纯PPE塑料表面较为光滑，无其他相出现。PPE/PVC-1与PPE/PVC-2由于PVC的含量较少，整体与PPE无较大区别。但PPE/PVC-1与PPE/PVC-2表面出现一些不明显的凹坑，是由于PVC的加入产生泡孔所致[10]。随着PVC含量的增加，凹坑越发明显，在PPE/PVC-3中，这些凹坑均匀分布。然而，在PPE/PVC-4中，由于PVC的含量过大，这些凹坑消失，并且一部分PVC相从PPE相中溢出，形成不规则的结构。PPE/PVC-3中，PVC分布最均匀，使其具有更加优良的性能。图1纯PPE和不同PPE/PVC样品的SEM照片Fig.1SEM images of pure PPE and different PPE/PVC samples10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.07.001.F1a1（a）纯PPE10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.07.001.F1a2（b）PPE/PVC-110.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.07.001.F1a3（c）PPE/PVC-210.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.07.001.F1a4（d）PPE/PVC-310.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.07.001.F1a5（e）PPE/PVC-42.2样品的热稳定性图2为不同样品的TG曲线。从图2可以看出，PVC的热分解初始温度最低，为173 ℃，残炭率为7.2%。而PVC与PPE复合之后，由于表面形成较多的凹坑结构，结构中残留的空气可以隔绝一定的热量从而阻止复合材料的分解，因此PPE/PVC-1、PPE/PVC-2和PPE/PVC-3的热稳定性均高于PPE。然而PPE/PVC-4中，由于部分PVC堆积在材料的表面，使其初始分解温度小于PPE，热稳定性较差。PVC与PPE进行复合可以在一定程度上提高PPE的热稳定，并且PPE/PVC-3的热稳定性最佳。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.07.001.F002图2不同样品的TG曲线Fig.2TG curves of different samples2.3样品的力学性能在汽车用材料中，力学性能是其安全性的重要保证，图3为样品的拉伸强度和断裂伸长率。从图3a可以看出，由于PPE具有较大的刚性和硬度，使其拉伸强度最低，为59 MPa。而PVC韧性大于PPE，因此表现最佳的拉伸强度，为75 MPa。PPE/PVC的拉伸强度随着PVC含量的增多而增大，并在PPE/PVC-4达到最大值69 MPa。PPE/PVC-3中，尽管PPE和PVC相容性最好，分布最佳，但拉伸强度(68 MPa)仍低于PPE/PVC-4，这是由于PPE/PVC-4表面析出的PVC可以起一定的连接作用，从而表现较好的拉伸强度。从图3b可以看出，断裂伸长率变化趋势与拉伸强度一致，PVC中断裂伸长率最大为63%，并且随着PVC含量的增加，PPE/PVC的断裂伸长率也随之增加，PPE/PVC-4达到最大值为52%，相比于PPE的41%提高26.8%，说明PVC的加入可以有效地提高PPE/PVC的拉伸强度和断裂伸长率。图3不同样品的拉伸强度和断裂伸长率Fig.3Tensile strength and elongation at break of different samples10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.07.001.F3a1（a）拉伸强度10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.07.001.F3a2（b）断裂伸长率在汽车工程材料中，冲击强度是最重要的一项力学性能指标，图4为不同样品冲击强度的测试结果。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.07.001.F004图4不同样品的冲击强度Fig.4Impact strength of different samples从图4可以看出，PVC具有最低的冲击强度8.63 kJ/m2，而加入PVC后，PPE/PVC的冲击强度增加，其中PPE/PVC-3达到最大值13.12 kJ/m2。产生这一结果的原因是PVC与PPE形成均匀的连续相，PPE受到应力产生微裂纹，会波及PVC使其压缩变形，从而产生应力集中形成剪切带，吸收和消耗能量，从而提高其冲击强度。PPE/PVC-3中，PVC在PPE中相容最好，因此其缓解内部应力的作用更强，冲击强度最高[11]。表3为PPE/PVC-3样品与某品牌汽车塑料性能标准值中拉伸强度、断裂伸长率以及冲击强度比较。从表3可以看出，PPE/PVC-3各项力学指标均高于某品牌汽车塑料标准值，说明其可以有效应用于汽车工程。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.07.001.T003表3PPE/PVC-3样品力学性能与某品牌汽车塑料标准值对比Tab.3Comparison of mechanical properties of PPE/PVC-3 sample with standard values of a certain brand of automotive plastics性能某品牌汽车塑料标准值［12］PPE/PVC-3拉伸强度/MPa2068断裂伸长率/%5051冲击强度/（kJ·m-2）1213.122.4样品的阻燃性能表4为不同样品的LOI值以及燃烧特性。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.07.001.T004表4不同样品的燃烧性能Tab.4Combustion performance of different samples样品LOI值/%点燃时间/s是否滴落PPE26.112是PVC56.332否PPE/PVC-134.321是PPE/PVC-238.625是PPE/PVC-342.132否PPE/PVC-439.728否从表4可以看出，由于PVC自身具有较好的阻燃效果，因此其LOI值最大，为56.3%，并且具有较长的引燃时间32 s，燃烧过程中不发生滴落，说明其具有难以燃烧的特性。而PPE的LOI值低于PVC，为26.1%，并且点燃时间最短，燃烧过程发生滴落现象，说明其为易燃材料。随着PVC含量增加，PPE/PVC的LOI值呈现先增加后下降的趋势，在PPE/PVC-3中达到最大值42.1%，并且点燃时间最高，达到32 s，且不再发生滴落，说明其阻燃效果显著增强。并且PPE/PVC-3中，PVC在PPE中分散最好，表现最佳的相容性。因此相比于其他PPE/PVC样品，PVC可以更好地发挥其阻燃作用。图5为不同样品的热释放速率曲线以及产烟量曲线。从图5可以看出，由于PVC具有较好的阻燃性，其最大热释放速率以及烟雾产生量为最低，分别为256 kW/m2和128 m2/m2。此外，PVC的放热速率在160 s处达到峰值，与所有材料相比峰值最小，进一步表明PVC具有较好的阻燃效果。而PPE的最大热释放速率和烟雾产生量在所有样品中较高，分别为563 kW/m2和324 m2/m2，在51 s左右放热达到峰值，表明其燃烧过程剧烈，阻燃效果差。而随着PVC的加入，相比PPE，PPE/PVC材料的最大热释放速率和烟雾产生量均发生下降，并且放热速率降低。PPE/PVC-3的最大热释放速率和烟雾产生量最低，分别为321 kW/m2和213 m2/m2，表明PVC的加入使得PPE复合材料变为难燃材料。这一结果与LOI值一致，PPE/PVC-3中各项指标在PPE/PVC复合材料中均表现出最佳值，说明其具有最佳的阻燃效果。图5不同样品的热释放速率和产烟量曲线Fig.5Heat release rate and smoke production curves of different samples10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.07.001.F5a1（a）热释放速率10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.07.001.F5a2（b）产烟量2.5样品的耐化学品腐蚀性能在汽车工程材料之中，由于日常使用会接触一些汽油等化学物质，为探究上述因素的影响，表5为对不同样品的耐化学品腐蚀性能测试结果。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.07.001.T005表5不同样品的耐化学品腐蚀性能Tab.5Chemical corrosion resistance of different samples样品腐蚀后外观等级冲击强度下降率/%LOI下降率/%PPE2.5级50.438.6PVC0.5级15.46.5PPE/PVC-12级43.225.7PPE/PVC-21级25.618.7PPE/PVC-30.5级18.910.6PPE/PVC-40.5级21.614.9从表5可以看出，根据腐蚀后外观等级，PPE的耐化学腐蚀性能最差，腐蚀后外观等级达到2.5级，说明其在汽油的腐蚀下已经完全溶胀变形，冲击强度与LOI均下降较大，这是由于汽油小分子容易渗入PPE的非晶区[13]。说明汽油化学品会对PPE的性能造成严重影响。而在PPE中加入一定PVC之后，由于PVC的耐化学品腐蚀性优于PPE，因此对汽油的渗透起到一定的阻隔作用，从而增加耐化学品腐蚀性能[14]。其中，PPE/PVC-3的耐化学品腐蚀性能最好，由于PVC与PPE较好的相容性，使其腐蚀后外观等级为0.5级，并且冲击强度和LOI仅下降18.9%和10.6%。3结论（1）将PVC塑料共混PPE得到PPE/PVC复合材料，微观形貌显示PPE/PVC-3中PVC和PPE相容最佳，分散性最好。（2）PPE/PVC-3具有最佳的热稳定性，并且其拉伸强度、断裂伸长率以及冲击强度分别为68 MPa，51%和13.12 kJ/m2，均优于PPE，并且力学性能值均满足某品牌汽车材料标准值。（3）PPE/PVC-3的LOI值达到42.1%，高于所有制备的PPE/PVC复合材料，并且在燃烧中具有最低的热释放速率以及产烟量，表现最佳的阻燃性。此外，PPE/PVC-3具有优异的耐化学品腐蚀性能，其冲击强度以及LOI下降率仅为18.9%和10.6%。综合分析，PPE/PVC-3表现较好的力学性能、阻燃性能以及耐腐蚀性，可以有效运用于汽车工程材料领域。