碳材料改性聚碳酸酯及其共混物的研究進(jìn)展

曹琳，張光正，賀子芹，杜崇銘,，林湖彬,，朱建一，王玉海，林志丹

（1.惠州市昌億科技股份有限公司，廣東 惠州 516227；2.暨南大學(xué)，廣東 廣州 510632；3. 華南師范大學(xué)，廣東 廣州 510631）

碳材料改性聚碳酸酯及其共混物的研究進(jìn)展

曹琳2，張光正2，賀子芹2，杜崇銘1,2，林湖彬1,2，朱建一1，王玉海3，林志丹2

（1.惠州市昌億科技股份有限公司，廣東 惠州 516227；2.暨南大學(xué)，廣東 廣州 510632；3. 華南師范大學(xué)，廣東 廣州 510631）

聚碳酸酯及其共混物，由于其綜合性能的優(yōu)越，應(yīng)用領(lǐng)域在不斷擴(kuò)大，在國(guó)內(nèi)外占重要地位。而近年來(lái)隨著更多新型碳材料的出現(xiàn)，利用碳材料改性高分子材料的研究也越來(lái)越多。本文將從碳材料改性聚碳酸酯及其共混物的的力學(xué)、分布狀態(tài)、電學(xué)、電磁屏蔽和熱性能五個(gè)方面介紹一下改性技術(shù)的進(jìn)展。

碳材料；聚碳酸酯；改性

聚碳酸酯（PC）是一種綜合性能優(yōu)良的熱塑性工程材料，因其主鏈由柔軟的碳酸酯鏈與剛性的苯環(huán)相連接，使之具有良好的電絕緣性能、抗沖擊性能、較寬的使用溫度范圍、良好的尺寸穩(wěn)定性，廣泛應(yīng)用于電子、電器、汽車工業(yè)、機(jī)械制造、包裝材料、醫(yī)療器械和日用品等方面［1］。但聚碳酸酯存在著熔體黏度大、加工成型困難且流動(dòng)性差、容易產(chǎn)生應(yīng)力開裂、耐溶劑性差和易降解等缺點(diǎn)，實(shí)際生產(chǎn)中常常用添加其他物質(zhì)來(lái)改善其力學(xué)性能及其他性能，以擴(kuò)大其應(yīng)用領(lǐng)域。近年來(lái)，碳材料不僅僅是一種傳統(tǒng)的而且也是現(xiàn)代的碳材料，并且研究?jī)?nèi)容及應(yīng)用范圍都非常廣泛。20世紀(jì)，隨著工農(nóng)業(yè)的發(fā)展，特別是50年代美蘇兩國(guó)對(duì)太空開發(fā)的激烈競(jìng)爭(zhēng)，促進(jìn)了碳材料驚人的大發(fā)展，特別是石墨烯、碳納米管和金剛石的出現(xiàn)，更是標(biāo)志著碳科學(xué)的巨大進(jìn)展［2-3］。

碳材料改性聚碳酸酯及其共混物的制備是近些年來(lái)興起的PC填充改性領(lǐng)域的熱點(diǎn)之一。

1 碳材料改性聚碳酸酯及其共混物的力學(xué)性能

PC聚合物填充碳材料制備得到的復(fù)合材料在電子、集成電路包裝、電磁波屏蔽等領(lǐng)域有較大應(yīng)用前景，受到人們的廣泛關(guān)注。然而，在獲得其他性能的同時(shí)，碳材料組分的引入，通常都會(huì)引起聚合物力學(xué)性能的下降［4］。

張好斌［5］等人，針對(duì)添加所造成的聚碳酸酯（PC）脆性問(wèn)題，提出了微泡孔增韌導(dǎo)電納米復(fù)合材料的研究路線，結(jié)果表明制得的材料在導(dǎo)電和電磁屏蔽性能得到了保持，韌性得到了提高，比發(fā)泡前韌性提高了662%。戴兆賀［6］對(duì)在不同的拉伸比下，熔融紡絲制備得到的多壁碳納米管改性聚碳酸酯復(fù)合材料在120℃的拉伸和蠕變特性進(jìn)行了研究。研究表明，在碳納米管含量為2 wt%時(shí)，復(fù)合材料的楊氏模量和抗蠕變性能得到了明顯改善。

2 碳材料改性聚碳酸酯及其共混物的分布狀態(tài)

一般來(lái)講，材料的性能都與結(jié)構(gòu)有關(guān)，填料在共混物中的分布，決定了材料的性能。因此，研究碳材料在聚碳酸酯及其共混物中的分布狀態(tài)，對(duì)PC的改性研究具有重要的意義。

孫堯［7］將多壁碳納米管添加到聚苯乙烯/聚碳酸酯、苯乙烯-丙烯晴共聚物/聚碳酸酯和甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯共聚物/聚碳酸酯3種體系中，實(shí)驗(yàn)觀察和熱力學(xué)計(jì)算的結(jié)果都表明，多壁碳納米管選擇性分散在PC相中。

3 碳材料改性聚碳酸酯及其共混物的導(dǎo)電性

聚碳酸酯在電子電器行業(yè)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，低壓電柜的接線座、各種絕緣插座、儀表外殼和辦公室自動(dòng)化設(shè)備部件都可以用聚碳酸酯成型，含有炭黑的導(dǎo)電和阻燃聚碳酸酯可用于制造配電部件等。所以研究以PC為基體的碳材料的導(dǎo)電性能就顯得尤為重要。

喬晉忠［8］等人，用處理過(guò)的碳納米管，通過(guò)溶液混合法制備了多壁碳納米管/聚碳酸酯納米復(fù)合薄膜的導(dǎo)電閾值出現(xiàn)在碳納米管1 ～2 wt%的范圍內(nèi)。

洪江彬［9］等人分別用石墨烯微片、炭黑、石墨烯微片母料為導(dǎo)電填料，與聚碳酸酯熔融共混制備了復(fù)合材料，研究結(jié)果表明，石墨烯微片的導(dǎo)電滲流閥值為9%，炭黑的滲流閥值為12%，石墨烯微片母料的滲流閥值為3%。

4 碳材料改性聚碳酸酯及其共混物的電磁屏蔽

為防止和減輕電磁波的危害，研制電磁屏蔽材料有重要的實(shí)際意義。羅成［10］等人分別以聚碳酸酯/丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物為基體，以多壁碳納米管為主要導(dǎo)電材料制備填充型復(fù)合材料，該體系在多壁碳納米管含量為2.5 ～3.0 wt%時(shí)的電磁屏蔽效能大于35 dB的復(fù)合材料，達(dá)到民用屏蔽材料的實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)。

5 碳材料改性聚碳酸酯及其共混物的熱性能

到目前為止，碳材料填充對(duì)復(fù)合材料宏觀性能影響的微觀機(jī)理并不是十分清楚。所以，研究碳材料的加入，對(duì)共混物的微觀結(jié)構(gòu)有什么樣的影響，而微觀結(jié)構(gòu)又會(huì)如何的影響宏觀性質(zhì)，具有重要的意義。

閆曉麗［11］等人用三種不同的實(shí)驗(yàn)方法證明，多壁碳納米管/聚碳酸酯復(fù)合材料的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg）都是隨著碳納米管含量的增加而降低。

［1］ 趙文元. 聚合物材料的電學(xué)性能及其應(yīng)用［M］. 化學(xué)工業(yè)出版社，2006.

［2］ 陳躍軍. 炭素吸附材料吸油特性的研究［D］. 西南交通大學(xué)，2003.

［3］ 沈曾民，張文輝，張學(xué)軍，等. 活性炭材料的制備與應(yīng)用［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006.

［4］ Zhang H B，Yan Q，Zheng W G， et al.Tough graphenepolymer microcellular foams for electromagnetic interference shielding.［J］. Acs Applied Materials & Interfaces，2011，3（3）：918～24.

［5］ 張好斌，只欣，廖勇飛，等. 微泡孔增韌聚碳酸酯/碳納米管導(dǎo)電納米復(fù)合材料研究［C］. 2014年全國(guó)高分子材料科學(xué)與工程研討會(huì)學(xué)術(shù)論文集（上冊(cè)），2014.

［6］ 戴兆賀. 多壁碳納米管——聚碳酸酯納米復(fù)合纖維高溫下蠕變行為研究［C］. 重慶大學(xué)2013復(fù)合材料力學(xué)研討會(huì)摘要集，2013.

［7］ 孫堯，郭朝霞，于建. 多壁碳納米管復(fù)合聚碳酸酯/苯乙烯系聚合物復(fù)合材料導(dǎo)電性能的研究［J］. 中國(guó)塑料，2010，第8期：17～22.

［8］ 喬晉忠，王通. 多壁碳納米管/聚碳酸酯復(fù)合材料的制備與性能［J］. 山西化工，2012，第 2期：1～3. DOI：doi：10. 3969/j.issn. 1004～7050. 2012. 02. 001.

［9］ 洪江彬，吳敬裕，陳國(guó)華. 聚碳酸酯/石墨烯微片復(fù)合材料的制備及其導(dǎo)電性［J］. 塑料，2012，41（4）：1～3. DOI：doi：doi：10. 3969/j. Issn. 1001～9456. 2012. 04. 001.

［10］ 羅成，徐軍，郭寶華. 碳納米管填充聚合物基復(fù)合體系的電磁屏蔽性能［J］. 塑料，2010，06期（6）：37～40.

［11］ 閆曉麗，段培，張磊，等. 多壁碳納米管/聚碳酸酯復(fù)合材料玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的研究［J］. 中國(guó)材料進(jìn)展，2015，第5期：358～362.

（P-01）

Research progress of carbon material modifi ed polycarbonate and blends

TQ323

1009-797X （2015） 22-0026-02

B DOI：10.13520/j.cnki.rpte.2015.22.009

曹琳（1993-），女，畢業(yè)于暨南大學(xué)，研究生在讀，主要研究高分子材料。

2015-10-12

惠州市天鵝計(jì)劃（20131226120548921）；廣東大學(xué)生科技創(chuàng)新攀登計(jì)劃（89015009）；國(guó)家大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)（201510559009）。