聚苯乙烯(PS)具有良好的加工性、尺寸稳定性、电绝缘性及化学性能，多数用于餐饮、汽车、工程工业、家用电器、玩具等领域[1-2]。但PS大分子链侧基存在苯环，使主链饱和烃类聚合物骨架上氢原子活化，在空气中易氧化生成过氧化物使分子量降低[3-4]。同时，分子内旋受限制，使PS耐应力开裂、耐溶剂性能较差，热变形温度相对较低、低温抗冲击强度差、易脆化，影响其在工业的广泛应用[5-6]。国内外研究人员对PS进行大量的改性研究工作，在模量损失较少的前提下制备改性PS复合材料。随着PS改性方法的不断创新，物理改性、化学改性及发泡、阻燃等改性技术得到发展[7-8]。物理改性中共混改性因成本低、见效快、周期短等优势[9]，在橡胶与塑料共混体系生产中广泛应用。苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)是一种具有橡胶与塑料双重特性的热塑性弹性体[10]。适量的SBS与PS共混可明显改善PS复合材料的力学性能及热学性能。廖华勇等[11]利用PS、PE和SBS制备复合材料，并对其性能进行研究。结果表明：改性后PS复合材料的冲击强度、熔体流动性和可加工性能均明显改善。袁绍彦等[12]研究纳米CaCO3/SBS或mSBS/PS复合材料的力学性能和形貌。结果表明：弹性体(mSBs)与纳米CaCO3粒子相互作用，提高复合材料的力学性能。李娜等[13]研究PS、过氧化二异丙苯(DCP)含量对极性化SBS/PS热塑性弹性体的加工流动性能、力学性能、界面相容性及微观形态等的影响。结果表明：PS可明显改善极性化SBS的熔融加工流动性能和力学性能。但SBS添加含量过多会降低复合材料的拉伸性能。袁绍彦等[14]研究纳米CaCO3和SBS协同增韧PS的性能。结果表明：纳米CaCO3不但使PS/SBS体系保持冲击性能，而且提高共混物的拉伸强度。本实验利用热塑性弹性体SBS对PS进行共混改性，制备不同配比的PS/SBS复合材料，对其力学性能、热稳定性、耐热性及断面形貌的研究，探讨PS/SBS的配比对复合材料的改性影响，得出改性PS/SBS复合材料的最佳配比。1实验部分1.1主要原料聚苯乙烯(PS)，GPPS 143E，熔体流动速率为9 g/10min(200 ℃，5 kg)，扬子石化-巴斯夫有限责任公司；热塑性弹性体，SBS1401(YH-792)，线性，苯乙烯/丁二烯(S/B)比为40/60，熔体流动速率为0.5 g/10min，挥发分0.7%，拉伸强度24 MPa，定伸应力3.5 MPa，岳阳巴陵石化公司。1.2仪器与设备双螺杆挤出造粒机，SHJ-65，南京聚力化工机械有限公司；高速混料机，TNL-50，东莞市台诺机械制造有限公司；注射机，SA3800/2250，宁波海天塑机集团有限公司；微机控制电子万能试验机，WD-100S，河北华锡试验仪器有限公司；数显式悬臂梁冲击试验机，XJUD-22，承德市聚缘检测设备制造有限公司；热变形维卡温度测定仪，WKW-300，长春市智能仪器设备有限公司；熔体流动速率仪，ZB-908，江苏正瑞泰邦电子科技有限公司；扫描电子显微镜(SEM)，JSM-IT200，日本电子株式会社(JEOL)；热重分析仪(TG)，DTG-60H，日本SHIMADZU公司。1.3样品制备将干燥的PS和SBS按不同质量比均匀混合制得混合物料，通过双螺杆挤出机共混挤出，经水冷和风冷造粒并烘干。挤出机各区及机头温度范围为120~190 ℃，主机电机75 kW，螺杆转速120 r/min。将烘干的粒料在注射机上加工成型，注射温度为180~220 ℃，注射压力为75~100 MPa，制得哑铃型标准样条。烘干的粒料及制得的样条均为SBS改性PS复合材料(PS/SBS)。1.4性能测试与表征拉伸性能测试：按GB/T 1040.3—2006进行测试。弯曲性能测试：按GB/T 9341—2008进行测试。冲击性能测试：按GB/T 1843—2008进行测试。TG分析：N2气氛，气体流速50 mL/min，升温速率10 °C/min，从室温升温至750 ℃。耐热性能测试：按GB/T 1633—2000进行测试，升温速率为2.0 ℃/min。熔体流动速率测试：按GB/T 3682.1—2018进行测试。SEM分析：将标准样条置入液氮中脆断，对断面喷金处理，观察断面形貌。2结果与讨论2.1SBS用量对PS/SBS复合材料力学性能的影响表1为不同质量比对PS/SBS复合材料拉伸性能和弯曲性能的影响。从表1可以看出，SBS的添加明显降低PS的拉伸强度、弯曲强度及弯曲模量，增加PS的断裂伸长率。SBS添加比例较大时，PS/SBS的拉伸性能和弯曲性能变化幅度较大，可能是SBS的刚性和硬度比PS差，随着SBS含量的增加，使PS/SBS复合材料拉伸性能和弯曲性能减弱。SBS能够使PS产生银纹和剪切带，与PS相互作用能耗较大，使PS的韧性显著提高而拉伸性能减弱。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.09.004.T001表1PS/SBS复合材料的拉伸性能和弯曲性能Tab.1Tensile and bending properties of PS/SBS compositesPS/SBS质量比拉伸强度/MPa断裂伸长率/%弯曲强度/MPa弯曲模量/MPa100∶050.602.0072.003300.0096∶450.325.8761.363110.2092∶848.717.3159.052965.3388∶1238.8513.6044.232709.0084∶1621.2120.3436.242575.2280∶2027.3436.0734.802511.03图1为不同质量比对PS/SBS复合材料冲击强度的影响。从图1可以看出，SBS添加量从0增加至20%，PS/SBS复合材料的冲击强度呈现增长的趋势，从13.08 kJ/m2增加至51 kJ/m2。这是由于SBS与PS具有相同的结构单元（苯乙烯），根据相似相容原理，两种物质的相容性及分散性较好。PS/SBS共混体系中，SBS的苯乙烯段(S)与PS形成一种相，丁二烯段(B)与S段通过化学键相连。当SBS粒子均匀地分散在PS中，作为一个有效的应力集中点，引发银纹和剪切带吸收冲击能量，阻止银纹进一步发展成裂纹，可以大幅提高PS/SBS复合材料的冲击强度。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.09.004.F001图1PS/SBS复合材料的冲击强度Fig.1Impact strength of PS/SBS composites2.2SBS用量对PS/SBS复合材料MFR的影响熔体流动速率(MFR)是评价热塑性聚合物及复合材料熔体流动性的重要指标，对于成型材料的选择及工艺条件的设定具有参考价值。PS存在流动性差、黏度低的缺点，需要与SBS共混体现较好的互补性。图2为不同质量比对PS/SBS复合材料MFR的影响。从图2可以看出，PS的MFR为9.0 g/10min。随着SBS添加量的增加，PS/SBS复合材料的MFR也逐渐增加。当SBS添加量为20%，PS/SBS复合材料的MFR为11.9 g/10min，说明SBS的添加提高复合材料的流动性及黏度。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.09.004.F002图2PS/SBS复合材料的熔体流动速率Fig.2MFR of PS/SBS composites2.3SBS用量对PS/SBS复合材料热稳定性能的影响图3为不同质量比PS/SBS复合材料的TG和DTG曲线。从图3可以看出，不同质量比下PS/SBS复合材料的TG和DTG曲线具有相同的热解趋势，且热解过程分为三个阶段。345 ℃以内为第一阶段，PS/SBS基本没有失重。345~480 ℃为第二阶段，PS/SBS明显失重，是复合材料热解的主要阶段，PS/SBS热解分子链发生断裂，析出大量的挥发组分。480 ℃之后为第三阶段，失重趋于平缓，残炭量趋于恒定。图3PS/SBS复合材料的TG和DTG曲线Fig.3TG and DTG curves of PS/SBS composites10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.09.004.F3a1（a）TG曲线10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.09.004.F3a2（b）DTG曲线为更准确了解不同质量比对PS/SBS复合材料热稳定性的影响，对TG曲线辅助处理得到复合材料起始分解温度T1、最大失重速率(dW/dt)max、峰值温度Tmax及残炭率R等热解特性参数。表2为不同质量比下PS/SBS复合材料的热解特性参数。从表2可以看出，随着SBS添加量的增加，PS/SBS复合材料的T1、(dW/dt)max及Tmax显著升高，当PS/SBS质量比为80∶20，T1为377 ℃，(dW/dt)max为-2.34 %/min，Tmax为420 ℃。PS/SBS质量比不同，对应的R值基本一致。将SBS加入PS基体中，由于SBS和PS相容性较好，使两相间产生较强的分子间作用力，增加分子间的结合力。因此，SBS的添加能够提高PS/SBS复合材料的热稳定性。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.09.004.T002表2PS/SBS复合材料的热解特性参数Tab.2Pyrolysis characteristics parameters of PS/SBS compositesPS/SBS质量比T1/°CTmax/°C（dW/dt）max/（%·min-1）R/%100∶0345403-4.109.1596∶4354404-3.899.3292∶8362407-3.389.3688∶12368409-3.099.3584∶16373413-2.699.2380∶20377420-2.349.282.4SBS用量对PS/SBS复合材料耐热性能的影响图4为不同质量比对PS/SBS复合材料耐热性能的影响。从图4可以看出，纯PS耐热性较差，其维卡软化温度为84 ℃。随着SBS添加量的增加，PS/SBS复合材料的维卡软化温度也逐渐升高。当PS/SBS质量比为80∶20，PS/SBS复合材料的维卡软化温度增加至为89.3 ℃。PS基体中添加SBS，两种基体的各结构单元相连接形成交联结构，随着SBS含量的增加其结构越稳固，并阻碍PS分子链的运动，提升SBS的耐热性能，使PS/SBS复合材料的耐热性能得到提升。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.09.004.F004图4PS/SBS复合材料的维卡软化温度Fig.4Vicat softening temperature of PS/SBS composites2.5SBS用量对PS/SBS复合材料表观形貌的影响通过SEM分析可以表征SBS与PS的相容性，从而分析影响PS/SBS复合材料的力学性能、热性能及流动性等因素。图5为不同质量比的PS/SBS复合材料的SEM照片。图5PS/SBS复合材料冲击断面SEM照片Fig.5SEM images of impact section of PS/SBS composites10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.09.004.F5a1（a）PS/SBS(100∶0)10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.09.004.F5a2（b）PS/SBS(96∶4)10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.09.004.F5a3（c）PS/SBS(92∶8)10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.09.004.F5a4（d）PS/SBS(88∶12)10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.09.004.F5a5（e）PS/SBS(84∶16)10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.09.004.F5a6（f）PS/SBS(80∶20)从图5可以看出，未添加SBS的PS冲击断面表面平整光滑，断口呈现结晶状，为脆性断裂。随着SBS的添加，PS/SBS复合材料断面变粗糙，断面出现大量的银纹，分散相SBS以条状形式均匀地分布基体PS中，SBS与PS产生较好的黏结作用，二者间具有较好的相容性。随着SBS添加量的增加，PS/SBS复合材料断面形貌粗糙程度增大，出现更多的银纹，分子间发生链缠结，使复合材料韧性提高。3结论（1）SBS与PS具有较好的相容性，SBS的添加可以显著提高PS/SBS复合材料冲击韧性。（2）SBS的加入能够显著提高PS/SBS复合材料的熔体流动性、热稳定性及耐热性，增加PS/SBS复合材料的断裂伸长率。（3）PS/SBS质量比为92∶8时，相比纯PS，PS/SBS复合材料拉伸强度下降幅度较小，且其冲击强度、熔体流动性、热性能显著提高，综合性能最佳，该比例为最佳配比。