吴倩倩，程凤梅，罗 义，郑雅萱，李海东**

(1.嘉兴学院 材料与纺织工程学院，浙江 嘉兴 314001；2.中化地质矿山总局 吉林地质勘察院，吉林 长春 130033)

高分子合金化的目的可分为改进物性、改善加工成型性及提供经济性等。聚碳酸酯(PC)是一种外观透明且性能优良的非结晶工程塑料，力学性能较好、抗冲性能高是其最大的特征。PC优良的韧性、刚性、耐热性等使其大量应用于机械、汽车和电子电器等领域。但PC的极性基团酯基和链刚性导致其柔性较差、熔点高、加工性能差，尤其是制造大型薄壁产品时，因PC的流动性欠佳，难以成型，并且成型后残存应力大，产品易应力开裂，除此之外，PC的成本价也较高。ABS树脂是由聚丁二烯橡胶(PB)、苯乙烯(S)和丙烯腈(A)接枝聚合而成。A给予ABS热稳定性，B给予韧性和抗冲性，S提供刚性和可加工性。ABS树脂的整体性能优良，低温下冲击强度高，尺寸稳定性较好。相比PC，ABS尽管耐冲击性、耐热性差些，但是具有成型好、成本低的优点。其性能与工程塑料相比，耐热性差，机械性能不够高，为了提高ABS的性能，具有良好性能的PC常用于ABS的改性[1-3]。PC/ABS合金是部分相容的多相体系，也就是有不均匀的组成形态，ABS海相(连续相)的苯乙烯-丙烯腈共聚物(AS树脂)和PC相容。PC与ABS中的苯乙烯-丙烯腈共聚物(SAN)相界面黏结能力较好，但与PB的界面黏结有限。

PC/ABS合金在性能上兼具了PC和ABS二者的优良性能，ABS材料的成型性和PC的机械性、冲击强度和耐温、抗紫外线(UV)等性能，可广泛使用在汽车内部零件、事务机器、通信器材、家电用品及照明设备上。其典型应用范围为手机外壳、计算机和商业机器壳体、电器设备、草坪园艺机器、汽车零件仪表板、内部装修以及车轮盖[4-8]。也正是因为PC/ABS合金的这些优点，才使得其研究成为高分子共混物研究的热点。高阻燃的PC/ABS合金不仅在汽车行业上得到更大的应用，也常用于电子仪器外壳和家庭设施上。PC/ABS合金可成功用于要求高低温冲击强度高的零件，如船用管道、阀门零件、船用电风扇等。近几年开发高性能的PC/ABS合金成为研究热点，如阻燃性、耐热抗冲、免喷涂低光泽绿色可回收、耐磨性[9-12]等产品。本文采用甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯三元共聚物(MBS)增韧PC/ABS合金，考察了原料配比对合金性能的影响，以及MBS的添加量对PC/ABS/MBS合金材料的熔体流动速率、缺口冲击强度、拉伸强度、断裂伸长率和微观形貌的影响。

1 实验部分

1.1 原料

PC：镇江明宇化工有限公司； ABS：台湾奇美公司；MBS：EXL-2691A，美国罗姆哈斯公司。

1.2 仪器及设备

高速混合机：SHR-10A型，张家港友诚公司；双螺杆挤出机：SHJ-20型，上海科创橡塑机械设备有限公司；注塑机：MA600IIS/130型，海天注塑基团有限公司；扫描电子显微镜(SEM)：Phenom ProX台式，复纳科学仪器(上海)有限公司；熔体流动速率测定仪：ZXNR-400B型，上海思尔达科学仪器有限公司；电子万能试验机：AG-X plus型，岛津(中国)有限公司；冲击试验机：XJUD-5.5型，上海米远有限公司。

1.3 PC/ABS与PC/ABS/MBS合金的制备

将PC置于真空干燥箱中于120 ℃下烘干24 h，ABS在真空干燥箱中于80 ℃下烘干24 h，然后把经过烘干的PC、ABS、MBS以一定的比例(详见表1、表2)先在高速混合机上混合均匀，然后在双螺杆挤出机中挤出并造粒。挤出温度分别为：第一区220 ℃；第二区230 ℃；第三区250 ℃；第四区235 ℃。挤出的料条经过水冷后用切粒机造粒，将粒料置于真空干燥箱中在100 ℃下干燥12 h后备用。

表1 PC/ABS合金配方(质量份)

表2 PC/ABS/MBS合金配方(质量份)

1.4 测试与表征

1.4.1 熔体流动速率

在温度为250 ℃，载荷为5 kg下进行测试。熔体流动速率 (MFR)按式(1)计算。

MFR=600m/t(1)

式中：MFR为熔体(质量)流体速率，g/(10 min)；m为样条的平均质量，g；t为切割时间间隔，s。

1.4.2 缺口冲击强度

悬臂梁冲击强度测试按照GB/T 1843—2010进行测试，测试5个样条，取平均值。

1.4.3 拉伸强度

拉伸性能按照GB/T 1040.2—2008进行测试，测试5个样条，取平均值。

1.4.4 微观形貌分析

将样条用液氮冷冻后脆断，对断面进行喷金处理，然后用扫描电镜观察断面形态并采集图片。

2 结果与讨论

2.1 PC/ABS合金的流动性

对不同原料配比的PC/ABS合金及用MBS增韧的PC/ABS/MBS合金进行熔体流动性测试，结果列于表3和表4。从表3可以看出，PC/ABS合金的MFR随着ABS含量的增加而升高，即PC/ABS合金随着ABS含量的增加流动性越好，熔体黏度越低。在PC/ABS合金中，ABS的加入改善了其熔体流动性，合金的MFR均高于PC。

通过表3和表4对比，考察MBS对合金熔体流动性的影响。从表3和表4可以看出，相同的原料配比PC/ABS合金的MFR高于PC/ABS/MBS合金的流动性，但只是稍微改变，幅度不大。说明MBS的加入可以使合金的熔体黏度稍微增加，而流动性稍降。其原因为MBS的加入使得 PC/ABS/MBS合金的相容性增加，界面黏结能力增强了，分子间的阻碍作用亦增强，从而使分子链的运动能力下降，PC/ABS/MBS合金的黏度增加。总体来讲，MBS作为相容剂对PC/ABS/MBS合金MFR的影响并不太明显，对其加工流动性的影响并不是很大。

表3 PC/ABS合金的MFR

表4 PC/ABS/MBS合金的MFR

2.2 MBS用量对PC/ABS/MBS合金缺口冲击强度的影响

图1为MBS用量对PC/ABS/MBS合金的缺口冲击强度的影响。从图1可以看出，PC/ABS/MBS合金的缺口冲击强度随着MBS含量的增加而逐渐增大；当加入15份的MBS时，PC/ABS/MBS合金缺口冲击强度达到极大值，此时的冲击强度是PC/ABS合金的3倍，增韧效果显著。随后，再继续增加MBS的用量，PC/ABS/MBS合金的冲击强度开始下降，MBS的用量达到20份后下降趋势减缓，但仍然高于PC/ABS合金。可见MBS能够显著提高PC/ABS合金的缺口冲击强度。其原因是引入MBS导致PC/ABS/MBS合金的相容性增加，提高了合金的韧性。但是加入过多的MBS，可能会在PC/ABS合金中发生粒子团聚，从而使合金的缺口冲击强度下降，增韧效果下降。

MBS用量/份图1 MBS用量对PC/ABS/MBS合金冲击强度的影响

MBS是典型的核壳结构，其外层层为甲基丙烯酸甲酯(MMA)，第二层为S，最内层结构为丁苯层(SBR)。MBS对PC的增韧机理主要为粒子空洞化和基体剪切屈服来吸收冲击能量，后者是吸收能量的主要方式。MBS外层的MMA与PC相界面张力较低，核层橡胶相与ABS相容性较好，这使得PC/ABS合金中分散相有较好的分散效果，从而合金相容性增加，材料韧性增加。

2.3 MBS用量对PC/ABS合金拉伸强度的影响

图2为MBS用量对PC/ABS(70/30)合金拉伸强度的影响。由图2可见，随着MBS用量的逐渐增加，PC/ABS合金的拉伸性能呈现逐渐下降的趋势。在对塑料基体进行弹性体增韧时，冲击强度提高的同时拉伸强度常常会下降，这是由于MBS本身是柔性材料，其弹性模量要比PC和ABS本身的低。从图2还可以看出，当MBS用量不大于15份时，PC/ABS合金的拉伸强度下降幅度不大。综合考虑可以把MBS的用量控制在15份以内。

MBS用量/份图2 MBS用量对PC/ABS合金拉伸强度的影响

2.4 MBS用量对PC/ABS合金断裂伸长率的影响

图3为弹性体MBS用量对PC/ABS合金断裂伸长率的影响。

MBS用量/份图3 MBS用量对PC/ABS合金断裂伸长率的影响

由图3可见，随着MBS用量的逐渐增加，PC/ABS(70/30)合金的断裂伸长率呈现逐渐上升的趋势，当MBS的用量为15份时，PC/ABS/MBS合金的断裂伸长率出现了最大值；在此之后断裂伸长率随着MBS用量的增多而表现为下降的趋势。断裂伸长率可用于评价材料韧性的好坏，如不同材料在相同的测试环境下，断裂伸长率越大，材料韧性越好、强度越高。MBS的外层组分与PC相的界面张力较小，MBS的核层橡胶相与ABS的相容性较好，因而MBS可以在两相界面间改善相容性。当PC/ABS合金受到外力作用时，MBS与PC和ABS两相界面处可以均匀传递和分散应力，因此合金的断裂伸长率提高。

2.5 MBS对PC/ABS合金微观结构的影响

为了研究PC/ABS合金的相容性以MBS能否在PC/ABS合金中发挥其增加体系界面黏结增强的作用，对PC/ABS合金以及加入15份MBS后的PC/ABS/MBS合金进行了SEM表征。图4为PC/ABS合金和 PC/ABS/MBS合金的SEM照片。

(a)PC/ABS(70/30)

(b)PC/ABS/MBS(70/30/15)

(c)PC/ABS(60/40)

(d)PC/ABS/MBS(60/40/15)图4 PC/ABS合金及PC/ABS/MBS合金的SEM照片

从图4(a)、(c)可以看到，PC和ABS两相间有明显的界面，合金断面不是很平整，分散相ABS与连续相PC形成“海-岛结构”，表明两者之间相容性有限；从图4(b)、(d)可以看出，加入MBS后，ABS分散相尺寸明显减少且两相界面变成模糊，PC与ABS两相之间分布比未加MBS时要均匀，两相界面处形成一定的界面过渡层。说明MBS的加入可以使PC/ABS(70/30)合金的相容性增加。这种界面处形态的改变，会直接关系材料力学性能的好坏。有文献[20]报道ABS合金中AN的含量决定了MBS在PC/ABS合金中所处的位置，只有当AN质量分数达到18%以上，MBS才能进入PC相。因此若想改变PC/ABS合金的界面结合能力，可以从原料ABS的组分含量基础上再引入相容剂的方向考虑。

3 结 论

(1)MBS的加入对PC/ABS/MBS合金的MFR的影响并不明显，其改善合金的加工流动性的效果不明显。原料配比中ABS用量增加可以使PC/ABS合金的MFR增大，改善共混体系流动性可以通过不同原料配比来实现。MBS的加入对PC/ABS/MBS合金的MFR的影响并不大。

(2)当PC/ABS质量比为70/30，MBS的加入使PC/ABS/MBS合金的韧性有了明显的提高。当MBS的用量为15份时，冲击强度达到最大值，比未加MBS的PC/ABS合金的缺口冲击强度提高了3倍以上。此时PC/ABS/MBS合金的断裂伸长率也达到了最大值。

(3)当PC/ABS质量比为70/30时，PC/ABS/MBS合金的拉伸强度呈现下降趋势。为了考虑综合性能可以把MBS的用量控制在15%以内。

(4)PC/ABS合金是一个部分相容的体系，但是相容性有限，两相间可以看到清楚的界面；在加入MBS后，PC和ABS两相间的界面张力减小，两相间界面模糊。主要是MBS的结构贡献的，MBS壳层结构与PC具有良好的相容性，而最内层结构与ABS具有良好的相容性，因此MBS可以作为PC和ABS共混中的增容剂使用。