PC/ABS共混物的流變性能

張清怡，孫顏文

（中國石油化工股份有限公司北京燕山分公司樹脂應(yīng)用研究所，北京市 102500）

聚碳酸酯（PC）具有很好的力學(xué)性能、剛性、耐熱性，已廣泛應(yīng)用于汽車、電器、機械、儀器儀表、食品包裝等領(lǐng)域；但PC也存在很典型的缺點，如加工流動性差、易產(chǎn)生應(yīng)力開裂、耐疲勞性差、缺口敏感度高、價格偏高等。丙烯腈/丁二烯/苯乙烯三元共聚物（ABS）具有良好的加工特性，即較好的流動性，且具有耐熱、沖擊強度高等特點，成本較低，但其耐候性差且力學(xué)性能不理想[1-4]。如果將ABS與PC共混，則可以達到取長補短的效果，兩者的共混物具有良好的力學(xué)性能、剛性和加工流動性、較高耐熱性和尺寸穩(wěn)定性，并且可以降低成本[5]。由于共混物熔體的流變性能對其成型加工影響較大，因此研究共混物熔體的流變性能對于新產(chǎn)品開發(fā)和成型加工工藝的確定非常重要。毛細管流變儀是研究聚合物熔體流變行為以及模擬高分子材料加工的有效手段。本研究采用毛細管流變儀研究了不同配比的ABS/PC共混物的流變性能，從而為PC/ABS的加工提供理論基礎(chǔ)。

1 實驗部分

1.1 主要原料

PC粒料，7022IR，日本三菱化學(xué)株式會社生產(chǎn)；ABS粒料，275，中國石油化工股份有限公司上海高橋分公司生產(chǎn)；相容劑，OY-07，歐原化工有限公司生產(chǎn)。

1.2 主要儀器與設(shè)備

TSE-35D型雙螺桿擠出機，廣州蘭泰儀器有限公司生產(chǎn)；RH 7D型毛細管流變儀，英國Rosand公司生產(chǎn)。

1.3 試樣制備

首先將PC在120℃條件下烘干處理4 h，ABS在80℃條件下烘干處理4 h，然后將烘干的PC，ABS及相容劑 OY-07按配方（見表1）在高速混合器中混合均勻，再通過雙螺桿擠出機擠出造粒，溫度160～250℃，螺桿轉(zhuǎn)速12 r/min。然后將粒料在100℃條件下烘干處理4 h，放入干燥器備用。

表1 共混物配方Tab.1 Formulae of the blends

1.4 測試方法

采用毛細管流變儀測定 230，240，250，260℃條件下共混物熔體的流變曲線。裝好毛細管，調(diào)節(jié)溫度控制儀使料筒達到所需溫度，然后將試樣放入料筒中壓實，恒溫6 min后打開記錄筆并啟動機械傳動裝置，然后依次添加砝碼，將所得曲線經(jīng)換算得到剪切速率（γ）～表觀黏度（ηa）曲線。

2 結(jié)果與討論

2.1 溫度對PC/ABS共混物流變行為的影響

由圖1可知：在相同的γ條件下，隨著溫度的升高，PC/ABS共混物的ηa均下降。這是因為溫度升高使聚合物分子鏈的運動能力增大，因而流動性增強；同一溫度條件下，共混物的ηa均隨γ的增加而降低，表現(xiàn)出明顯的假塑性非牛頓流體的剪切變稀現(xiàn)象。在流動過程中分子鏈的構(gòu)象會發(fā)生變化，分子鏈一面滑動取向，一面松弛收縮，這兩方面都有阻力，當γ提高時，流體的流動時間比松弛時間短，致使大分子鏈來不及完全松弛或已取向的分子鏈只收縮了一部分，從而減小了由于收縮產(chǎn)生的阻力，使ηa降低[6]。

圖1 PC/ABS共混物的流變曲線Fig.1 Rheological curves of PC/ABS blends

根據(jù) Andrade 公式[7][見式（1）]：

式中：A為于溫度趨近于∞時的黏度常數(shù)；R為氣體常數(shù)，8.305 J/（mol·K）；Eη為聚合物的流動活化能，kJ/mol；T為熱力學(xué)溫度。因此，在流動溫度以上不寬的溫度范圍內(nèi)，lnηa與T-1成線性關(guān)系，根據(jù)直線的斜率即可求出Eη。

根據(jù)圖1及Andrade公式，可以作出lnηa～T-1關(guān)系曲線。由圖2可知：對于不同配比的PC/ABS的共混物，都存在lnηa與T-1的線性關(guān)系，符合Andrade公式。

圖 2 lnηa～T-1的關(guān)系曲線Fig.2 Plots of lnηaversus T-1

根據(jù)直線的斜率，求得 1#，2#，3#，4#共混物的Eη分別為 23.00，27.34，33.35，41.17 kJ/mol。Eη反映了ηа對溫度的敏感性，本質(zhì)上反映了大分子向前蠕動的尺寸。Eη越高，蠕動單元越大，對溫度的敏感性越強。4種配比的PC/ABS共混物的Eη均較大，說明加工時PC/ABS共混物對溫度的敏感性較大。但是隨著ABS含量的增加，共混物的Eη逐漸降低，這是因為ABS分子鏈柔性優(yōu)于PC，流動性強，所以Eη較低。當體系中加入ABS時，共混物的流動性提高，因而Eη下降。這說明ABS的加入改善了PC加工時對溫度的敏感性，且其敏感性隨著ABS含量的增加而逐漸減小。ηa對溫度的敏感性下降，表明在恒定剪切應(yīng)力（σ）條件下可以在較寬的溫度范圍內(nèi)獲得較穩(wěn)定的流動，故有利于控制工藝條件，易于成型加工。因此，隨著ABS含量的增加，PC/ABS共混物更易于加工成型。

2.2 PC/ABS共混物的σ與γ的關(guān)系

聚合物熔體一般為假塑性非牛頓流體，其σ與γ不成正比，即ηa對γ有依賴性。一般用指數(shù)關(guān)系描述σ與γ的關(guān)系，即冪律公式[見式（2）]。

式中：K為常數(shù)；n為非牛頓指數(shù)，是判斷聚合物流體偏離牛頓流體程度的標志，n的大小在本質(zhì)上反映的是ηа對σ或γ的依賴性。

由表2可知：對于不同配比的PC/ABS共混物，在不同溫度條件下n＜1，說明共混物熔體呈假塑性；隨溫度的升高，n增大，即共混物的假塑性有所減小。這是由于溫度升高，分子鏈活動能力增強，分子間相互作用減弱，部分纏結(jié)被剪切作用破壞，導(dǎo)致ηа對γ的敏感性隨著溫度的升高而減弱[8]。在同一溫度時，隨著共混物中ABS的含量增加，n減小，使得體系非牛頓性增強，對剪切作用敏感性增加。這一現(xiàn)象與共混物的結(jié)構(gòu)變化有關(guān)。聚合物分子鏈越柔順，纏結(jié)點越多，鏈的解纏結(jié)和滑移愈困難，聚合物的假塑性愈強。PC為直鏈剛性分子，分子間纏結(jié)作用較小，假塑性較低，n較大。ABS相對于PC來說，分子鏈較柔順，因而隨著ABS含量的增加，n減小，假塑性增強。

表2 PC/ABS共混物的lgγ～lgσ線性擬合結(jié)果Tab.2 The linear fitting results of lgγ-lgσ for PC/ABS blends

2.3 相容劑對PC/ABS共混物流變行為的影響

按2.1方法求出加入5 phr相容劑的5#試樣的Eη為39.01 kJ/mol，與4#試樣相比，Eη降低。這說明加入相容劑可改善PC/ABS共混物加工時對溫度的依賴性，更有利于共混物加工成型。

3 結(jié)論

a）PC/ABS共混物熔體的流變行為呈假塑性非牛頓流體的特征，ηа隨γ的增加而減小，隨溫度的升高而降低，因此在加工成型時適度升高溫度有助于加工成型。

b）PC/ABS共混物的ηа隨ABS含量的增加而降低，ABS的加入使共混物對溫度的敏感性下降，有助于加工成型。

c）PC/ABS共混物的ηа對γ的敏感性隨著溫度的升高而減弱，隨ABS含量的增加而增強。

d）相容劑的加入可以改善PC/ABS共混物的加工性能。

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