TPU 共混增韧日本宝理 POM Duracon YF-20 POM的研究
日本宝理 POM Duracon YF-20 POM是目前使用较为广泛的工程塑料,具有较高的强度和刚性,素有“赛刚”、“超刚”之称。由于POM 分子结构简单规整,极易形成大球晶,导致其缺口冲击强度低,韧性差。为了拓展POM 的应用范围,常常选用增韧剂与其共混来改善POM 的韧性。但是,由于POM 是弱极性线形聚合物,与大多数聚合物相容性差,导致其增韧效果并不显著。热塑性聚氨酯弹性体(TPU)是提高POM 韧性*有效的改性剂之一,是目前**实现工业化生产的增韧剂品种．这主要是因为POM 分子中的部分醚键与TPU形成了氢键,具有一定相容性。但是TPU种类繁多,性能有所差异,不同硬度的同种TPU对共混物力学性能的影响也有不同。
硬度为６５HA 的TPU的增韧效果*好,可有效提高日本宝理 POM Duracon YF-20 POM 的缺口冲击强度．随着硬度的提高,共混物的增韧效果逐渐下降．当TPU 含量低于１５％(质量分数,下同)时,４种硬度TPU 的增韧效果相差不明显,共混物的冲击强度增加较缓．随着TPU 含量的增加,４种TPU 的增韧效果开始出现差异,其中TPU的增韧效果*为明显．当TPU添加量为３５％时,POM/TPU发生脆Ｇ韧转变．而其他３种TPU 随着添加量的增大,缺口冲击韧性均缓慢上升,增韧效率不如TPU明显．当TPU含量为４０％时,POM/TPU共混物的缺口冲击强度达到５５kJ/m２,是纯POM 的１１倍,而其他３种仅达到纯POM 的４~５倍．这可能是由于当TPU含量较低时,弹性体数目较少,不能引起基体的塑性变形,材料韧性提高有限．随着TPU 含量的增加,引发了更多的银纹和剪切带,有效终止裂纹的发展,进而提高材料的韧性．而且,TPU 硬度越低,TPU 越易由高刚转变为高韧性聚合物,对POM 的增韧效果越显著。
与纯日本宝理 POM Duracon YF-20 POM树脂相比,TPU 的加入可有效提高树脂的冲击韧性,表现为延伸率和缺口冲击强度的提高;但共混体系的拉伸强度和弯曲强度出现明显下降,这主要是因为TPU 对于POM 的增韧遵循弹性体增韧的一般规律,即弹性体使基体发生塑化,因此在大幅度提高冲击性能的同时会造成其他力学性能的下降．在TPU 含量相同的条件下,不同硬度的POM/TPU 体系的拉伸强度和弯曲强度相差不大,而POM/TPU的缺口冲击强度和延伸率明显优于其他体系,表现出较好的韧性。
TPU呈球形分散在基体中，两相界面模糊,说明弹性体与日本宝理 POM Duracon YF-20 POM 有一定的界面作用．当材料受到外力作用时,TPU 颗粒可以作为应力中心,使基体产生剪切屈服．同时,断裂过程需克服两相间界面作用力,进而耗散大量的能量,从而使得材料的冲击强度得以提高．不同硬度的TPU 在基体中分散状态以及与基体的界面相容性均不相同．TPU在基体中分散得较为均匀,分散相尺寸较小,且与基体的界面较模糊,说明相容性较好,因此在材料受到外力作用时能够有效耗散能量,从而改善基体的韧性．
TPU 硬度对共混物结晶性能的影响
纯日本宝理 POM Duracon YF-20 POM 的球晶尺寸大和结晶速率快是造成其冲击韧性低的主要原因,因此增加材料韧性的*有效方法就是减小球晶尺寸和降低结晶速率。纯POM 的球晶尺寸较大．在材料受到外力作用时,这些大球晶容易成为应力集中点,使制品的缺口敏感性增大,冲击强度降低,在含量相同、硬度不同的TPU 共混体系中,TPU对POM 球晶的细化程度较其他３种TPU 更加明显,球晶尺寸明显减小;随着TPU 硬度的提高,POM 的球晶尺寸与纯POM 相比变化并不明显．这可能是由于硬度为６５HA 的TPU与基体有一定的相容性,有效阻碍了POM 球晶的形成,使得球晶尺寸明显小于其他共混体系．相应地,在性能上表现为该体系的缺口冲击强度明显增大．
当TPU 含量较低时,共混物的球晶尺寸和形态与纯日本宝理 POM Duracon YF-20 POM树脂相比并没有明显变化,这主要是由于TPU 在含量较低的情况下不能有效阻碍POM 分子链自由地进入晶格形成球晶．随着TPU 含量的进一步增加,POM/TPU 共混体系的球晶尺寸下降,晶粒发生明显细化(图４b);当TPU 含量增至２５％时,POM 的球晶尺寸非常小,边界模糊,以致于球晶之间难以区分．说明TPU 的加入破坏了POM 结晶的规整性,使POM 球晶尺寸减小,晶粒细化。
结论
４种不同硬度TPU 增韧的POM/TPU 体系的韧性均随TPU 含量的增加而增大,硬度为６５的TPU对体系的增韧幅度更显著．当TPU含量为３５％时,体系达到脆Ｇ韧转变点,而其他３种TPU随着添加量的增大,缺口冲击强度上升缓慢．在TPU含量为４０％时,共混体系的缺口冲击强度达５５kJ/m２,是纯POM 的１１倍．通过微观形貌分析可知,TPU与POM 有良好的相容性,在基体中能够形成连续均匀的分散相,能更有效地增韧POM．
TPU与POM 有一定的界面作用,使得基体分子链运动受阻,球晶尺寸明显减小,晶粒细化显著,结晶度下降．