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丙烯腈-乙丙三元橡胶-苯乙烯接枝共聚物的制备及性能研究

作　者: 商淑瑞
导　师: 瞿雄伟；李秀错
学　校: 河北工业大学
专　业: 材料学
关键词: 快速成型接枝共聚合 AES树脂力学性能相容性热分解动力学
分类号: TQ316.343
类　型: 硕士论文
年　份: 2002年
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内容摘要

快速成型(RP)技术是20世纪80年代发展起来的一种崭新的制造方法，其中FDM工艺适应了产品多变性和形状复杂性的要求，有着广泛的应用前景。目前，它所使用的成型材料仅限于石蜡、ABS。但ABS材料的热稳定性欠佳而使其应用受到限制。本文采用三元乙丙橡胶(EPDM)代替ABS中丁二烯链段制备了一种新型的FDM成型材料—丙烯腈-乙丙三元橡胶—苯乙烯接枝共聚物(AES)。采用溶液法合成了该接枝共聚物，以傅立叶红外谱图测试跟踪表征，在索氏抽提器中实现了共聚产物的分离。系统研究了聚合时间、引发剂浓度、EPDM含量和苯乙烯／丙烯腈重量比等因素对该溶液接枝共聚及其产物接枝参数的影响情况，获得具有较高接枝参数的共聚产物，并用粘度法表征了接枝共聚物的特性粘数值，它与接枝百分数成正比关系。通过毛细管流变仪测量AES的熔体流动性，发现接枝共聚物AES具有比ABS更好的加工流动性。通过热失重分析，结果表明：AES、ABS与EPDM三者耐热顺序为EPDM≈AES＞ABS。通过力学性能表征可以看出：接枝共聚产物AES的冲击强度和拉伸强度均优于ABS，是一种具有均衡力学性能的材料。动态粘弹谱分析结果表明：接枝共聚物AES的生成对整个体系起到良好的增容作用。本文还将AES作为增容剂与EPDM／SAN两相体系共混，通过扫描电镜和粒径统计分析发现：AES的加入使橡胶相粒径减小，分布变窄：材料的冲击强度明显提高，表明AES在两相之间起到良好的增容作用，这一结论通过对材料的动态力学分析亦得到证实。分别采用差减微分法和积分法考察ABS及AES的热分解动力学，发现AES的热分解反应级数和活化能均明显高于ABS，说明AES接枝共聚物的耐热性能较ABS有很大提高。这从分解动力学上揭示了接枝共聚物AES热稳定性提高的机理。研究发现接枝共聚物AES和EPDM／SAN／AES共混体系均具有优于ABS的力学性能、流动性并且AES的热分解温度亦明显高于ABS，因此，接枝型和共混型AES在快速成型技术中将成为一种很有前途的材料。

全文目录

第一章绪论  10-22
  1．1 引言  10
  1．2 RP技术的研究进展  10-13
    1．2．1 RP技术的发展  10-11
    1．2．2 RP技术的成型材料  11-12
    1．2．3 ABS应用于快速成型技术的优缺点  12-13
  1．3 AES的研究进展  13-16
    1．3．1 AES的合成  13-15
      1．3．1．1 悬浮接枝共聚合  13-14
      1．3．1．2 溶液聚合  14
      1．3．1．3 乳液聚合  14-15
      1．3．1．4 熔融反应  15
      1．3．1．5 其它反应  15
    1．3．2 AES的共混  15
    1．3．3 AES性能的影响因素  15-16
  1．4 橡胶增韧塑料机理的研究  16-19
    1．4．1 增韧机理的发展及现状  16-17
    1．4．2 影响脆韧转变的主要因素  17-19
      1．4．2．1 分散相的形态参数  17-18
      1．4．2．2 分散相的用量  18
      1．4．2．3 韧性测试条件的影响  18
      1．4．2．4 橡胶分散相的性能  18
      1．4．2．5 基体性能的影响  18-19
      1．4．2．6 界面相容性  19
  1．5 高聚物共混增容技术  19-21
    1．5．1 用接枝、嵌段共聚物改善共混物相容性  19-21
    1．5．2 低分子量化合物的增容作用  21
  1．6 本研究的内容及意义  21-22
第二章接枝共聚物的合成及分离  22-34
  2．1 引言  22
  2．2 实验部分  22-24
    2．2．1 主要原料  22-23
    2．2．2 AES接枝共聚物的合成  23
    2．2．3 接枝共聚产物的分离  23
      2．2．3．1 红外（FTIR）分析  23
    2．2．4 接枝共聚产物的测试及表征  23-24
  2．3 结果与讨论  24-33
    2．3．1 接枝共聚产物的分离  24-30
      2．3．1．1 抽提时间的确定  25
      2．3．1．2 共混型“AES”分离  25-28
      2．3．1．3 接枝型AES共聚物的分离  28-30
    2．3．2 接枝过程的红外（FT-IR）测试分析  30-31
    2．3．3 接枝共聚合反应机理探讨  31-33
      2．3．3．1 接枝共聚原理  31
      2．3．3．2 链转移机理长出支链的接枝法  31
      2．3．3．3 本实验接枝机理的验证  31-33
  2．4 本章小结  33-34
第三章接枝共聚反应的影响因素  34-44
  3．1 引言  34
  3．2 实验部分  34-35
    3．2．1 主要原料  34
    3．2．2 不同反应条件下接枝共聚物的制备  34-35
    3．2．3 测试及表征方法  35
      3．2．3．1 接枝共聚物的分离及接枝结构的表征  35
      3．2．3．2 特性粘数的测定  35
  3．3 结果与讨论  35-42
    3．3．1 接枝共聚反应的影响因素  35-41
      3．3．1．1 反应时间对接枝共聚反应的影响  35-37
      3．3．1．2 引发剂浓度的影响  37-39
      3．3．1．3 EPDM含量的影响  39
      3．3．1．4 St／AN重量比的影响  39-41
    3．3．2 接枝共聚物分子量的定性表征  41-42
  3．4 本章小结  42-44
第四章接枝共聚物AES的性能表征  44-55
  4．1 引言  44
  4．2 实验部分  44-46
    4．2．1 主要原料  44
    4．2．2 冲击、拉伸及DMA样条的制备  44
    4．2．3 AES流变性能的测试  44-45
    4．2．4 冲击性能测试  45
    4．2．5 拉伸性能测试  45
    4．2．6 热稳定性测试  45-46
    4．2．7 动态力学性能测试（DMA）  46
  4．3 结果与讨论  46-54
    4．3．1 接枝共聚物AES的流动性研究  46-50
      4．3．1．1 BPO含量对AES流变性的影响  47-48
      4．3．1．2 EPDM含量对AES流变性的影响  48-49
      4．3．1．3 St／AN重量比对AES流变性的影响  49-50
    4．3．2 热稳定性  50-51
    4．3．3 接枝共聚物AES的力学性能  51-53
    4．3．4 接枝共聚物AES的相容性  53-54
  4．4 本章小结  54-55
第五章共混型AES的性能表征  55-70
  5．1 引言  55
  5．2 实验部分  55-57
    5．2．1 主要原料  55
    5．2．2 接枝共聚合放大实验  55-56
    5．2．3 共混物的制备  56
    5．2．4 微观形态表征  56
    5．2．5 冲击性能测试  56-57
    5．2．6 拉伸性能测试  57
  5．3 结果与讨论  57-69
    5．3．1 脆性断面的形态  57-59
    5．3．2 共混体系的粒径分布  59-62
    5．3．3 共混体系的力学性能  62-68
      5．3．3．1 EPDM用量的影响  62-63
      5．3．3．2 接枝共聚物AES用量的影响  63-66
      5．3．3．3 EPDM／AES含量对共混物材料机械性能的影响  66-68
    5．3．4 接枝共聚物AES的增容作用  68-69
  5．4 本章小结  69-70
第六章接枝共聚物AES的热分解动力学  70-81
  6．1 引言  70
  6．2 实验部分  70
    6．2．1 实验样品  70
    6．2．2 热失重分析（TGA）  70
  6．3 结果与讨论  70-80
    6．3．1 理论基础  70-73
      6．3．1．1 微分法  71-72
      6．3．1．2 差减微分法  72
      6．3．1．3 积分法  72-73
    6．3．2 ABS及接枝共聚物AES的热分解动力学参数确定  73-80
      6．3．2．1 差减微分法  73-78
      6．3．2．2 积分法  78-80
  6．4 本章小结  80-81
第七章结论  81-82
参考文献  82-88
致谢  88-89
攻读学位期间所取得的相关科研成果  89

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