唐若谷

摘要：聚碳酸酯（PC）共混物（合金）已广泛应用于各种工业领域。本研究设计不同比例的PC/ABS和PC/ASA合金配方，通过挤出成型造粒，并通过注射成型制备了一系列的PC/ABS和PC/ASA和PC/ASA/PMMA共混物，基于此研究了共混物组成和共混比例对其形貌、力学和热力学性能的影响。结果表明，与纯聚碳酸酯样品相比，共混会影响其形貌，且共混物的组成和比例对合金的力学、热学性能有较大影响。

关键词：共混物 PC/ABS PC/ASA 力学性能

中图分类号：TQ32 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2018）10（b）-0080-04

Abstract：Polycarbonate blends have been widely applied in industry. In this work， the formula of PC blends was designed， and then a set of PC/ABS and PC/ASA blends was prepared based on extrusion and injection molding. The effects of blend components/ratios on blend morphologies， mechanical and thermal properties were investigated. The results indicated that blending will result in morphology changing， and the components in blend and corresponding ratio will significantly affect on mechanical and thermal properties.

Key Words：Polymer blends； PC/ABS； PC/ASA； Mechanical properties

聚碳酸酯（Polycarbonate，PC）是一种无定型高分子，结构中碳酸基团与另一些基团交替排列[1-3]。聚碳酸酯的透光率高达90%，仅次于PMMA。目前最常用的是双酚A型PC，它具有良好的韧性、透明性和耐热性[4，5]。聚碳酸酯的主要缺陷是对缺口敏感[6，7]。目前对聚碳酸酯的改性主要以制备它的共混物（合金）为主[8-10]，共混对象主要有丙烯腈/丁二烯/苯乙烯三元共聚物（ABS）、丙烯腈/苯乙烯/丙烯酸三元共聚物（ASA）等。

本文制备了一系列不同比例的PC/ABS和PC/ASA和PC/ASA/PMMA共混物，并研究了共混物组成和共混比例对其形貌、力学和热学性能的影响。

1 实验部分

1.1 实验原料与仪器

原材料：聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、丙烯腈/丁二烯/苯乙烯三元共聚物、丙烯腈/苯乙烯/丙烯酸三元共聚物。

仪器及设备：恒温鼓风干燥箱、双螺杆挤出机、注塑机、电子拉力试验机、简支梁冲击试验机、邵氏D型硬度计、扫描电镜。

2.2 PC合金的配比

PC/ABS合金的配比如表1所示。

PC/ASA合金的配比如表2所示。

2.3 PC合金试样的制备

聚碳酸酯可以采用注塑、挤出、吹塑、旋塑、热成型和发泡成型等工艺，但主要是前3种方法。由于聚碳酸酯分子链刚性较大，粘温敏感性要大于粘切敏感性，提高温度会使黏度明显下降；其玻璃化转变温度较高，成型时进入模腔的熔体分子链被剪切取向后松弛速度慢，当熔体迅速冷却至玻璃化温度以下时，分子链来不及松弛就被冻结，造成制品内较大的内应力。减小内应力的方法是尽可能提高熔体温度和模具温度（最高可达100℃），采用高注射速率，带嵌件制品应对嵌件预热，制品脱模后在125℃热处理24h等。聚碳酸酯在成型前需对粒料进行严格干燥，因为少量水分在成型溫度下会引起酯基水解、断链，使制品力学性能，特别是冲击强度明显下降，也会严重影响制品外观（出现银纹）。干燥条件是在120℃烘干4～6h。在本实验中，作者结合了前人的研究经验，确定了挤出造粒和注射成型的各项工艺参数，确保了实验的顺利进行，具体步骤如下。

（1）干燥：所有原料与助剂在95℃下干燥4h。

（2）造粒：采用双螺杆挤出机造粒，一区温度230℃，二区温度235℃，三区温度238℃，四区温度240℃，机头温度240℃，熔体温度220℃。

（3）注塑：机头温度（260～265）℃，一区温度（240～250）℃，二区温度（245～252）℃，三区温度（248～255）℃，四区温度（250～258）℃，模具温度85℃。注射压力10MPa，保压压力10.5MPa，保压时间10s。

2.4 PC合金的性能表征

（1）拉伸强度测试：按照GB/T 1040.1-2006标准进行，1A型试样，拉伸速度50mm/min。

（2）邵氏D硬度测试：按照GB/T 2411-2008标准进行，15s读数。

（3）弯曲性能测试：按照GB/T 9341-2008标准进行，速率2mm/min。

（4）简支梁缺口冲击测试：按照GB/T1043.1-2008标准进行，1型试样，A型缺口，侧向冲击，摆锤冲击能量7.5J。

（5）冲击断面形貌表征：对纯PC、PC/ABS（70：30）、和PC/ASA（70∶30）样品的冲击断面分别进行扫描电镜观察.

（6）维卡软化点测试：按照GB/T 1633-2000标准进行；升温速率为120℃/h，负荷为10N。

（7）热重分析：按照GB/T 27761-2011标准进行。

3 結果与讨论

表3为不同配比的PC/ABS合金的力学性能。结果表明，随着ABS的不断接入，PC合金的弯曲强度和拉伸强度逐渐下降，硬度基本维持不变，而冲击强度则随着ABS接入逐步提升，在PC∶ASA=70∶30处达到最大值并达到稳定。PC与ABS的配比和合金力学性能的关系可以从3个角度来解释：（1）ABS的刚性远低于聚碳酸酯本体，加入后合金整体的刚性下降，故合金的拉伸强度和弯曲强度随ABS用量增大而下降；（2）ABS具有部分弹性体结构（由丁二烯嵌段提供），韧性优于聚碳酸酯，故加入后合金的缺口抗冲击强度有所增加。

表4为不同配比的PC/ASA合金的力学性能。从表中可以看出，随着ASA比例的增加：合金的拉伸强度、弯曲强度逐渐下降，硬度基本维持不变，冲击强度先逐渐增大，在PC∶ASA=70∶30处达到最大值，然后急剧降低。ASA用量对PC合金力学性能的影响与ABS类似，但不同之处在于过量的ASA会使抗冲击性能急剧降低，可能原因有：（1）当ABS用量过多时，它形成的分散区域较大，使得合金的均一性降低，使得合金缺口抗冲击强度也随之下降；（2）由于极性、溶度参数等差异，当ABS用量增大至一定范围时PC与ABS界面的粘结性变差，使得合金抵抗外力变形和抗冲击能力进一步降低。

对比表3和表4可以发现，在相同配比下，PC/ABS合金的弯曲强度和拉伸强度要弱于PC/ASAA合金，而冲击强度则优于PC/ASA合金。这与ABS和ASA的结构有关。ABS含有丁二烯成分，而丁二烯富含双键（柔性较高），因此ABS韧性较好，从而使PC/ABS冲击强度较强，而弯曲强度和拉伸强度较弱。对ASA而言，由不含双键的丙烯酸酯取代了丁二烯，因此ASA刚性提高、韧性下降，因此PC/ASA合金的弯曲强度和拉伸强度较PC/ABS而言有所提升，冲击强度则有所下降。

图1（a）（b）（c）为PC、PC/ABS、PC/ASA冲击断面的扫描电镜图片，可以看出纯聚碳酸酯的断面的形貌分布均一，PC/ABS和PC/ASA合金的断面形貌也较为均匀，这与它们之间的极性、表面张力较为接近有关，但两种合金的断面图像表明已经出现了相分离和“海-岛”形貌。

表5、表6为PC/ABS和PC/ASA的热学性能。从中可以看出，合金的维卡软化温度、起始热分解温度和50%热分解温度均低于纯聚碳酸酯，这是因为合金的均一性下降。此外PC/ABS的热稳定性要弱于PC/ASA，因为ABS的二烯链段对热氧极为敏感，在高温下易分解。

4 结语

本文制备了一系列的PC/ABS和PC/ASA合金，并研究了其形貌、力学和热学性能。结果表明，共混成分和比例对合金的力学和热学性能均有较大影响，ABS和ASA的接入使合金的韧性提高、刚性下降，因此合金的弯曲强度、拉伸强度均有所下降，冲击强度有所提升。此外ABS和ASA的接入破坏了材料的均一性，故热稳定性有所降低。本实验表明，对共混物而言，共混成分的选择和比例的确定对材料的性能起着至关重要的作用。

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