耐化學高抗沖PC/PBT合金的制備

錢志國，尹繼磊，李正梅，錢毅，孫潔，郭雪山，畢立，邊策，王海強（.北京市化學工業(yè)研究院，北京 00080； .北京市高分子材料質量監(jiān)督檢驗站，北京 00080；.北京科方創(chuàng)業(yè)科技企業(yè)孵化器有限公司，北京 00080）

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耐化學高抗沖PC/PBT合金的制備

錢志國1，尹繼磊1，李正梅1，錢毅1，孫潔2，郭雪山2，畢立3，邊策3，王海強1
（1.北京市化學工業(yè)研究院，北京 100080； 2.北京市高分子材料質量監(jiān)督檢驗站，北京 100080；3.北京科方創(chuàng)業(yè)科技企業(yè)孵化器有限公司，北京 100080）

摘要：通過熔融擠出共混制備了一系列不同質量比的聚碳酸酯（PC）/聚對苯二甲酸丁二酯（PBT）合金，研究了PC/PBT共混比對合金力學性能、負載熱變形溫度、耐溶劑性能的影響。結果表明當PC/PBT共混比為60/40時，制品的綜合性能較好。在此基礎上，研究了增韌劑品種及用量變化對合金力學性能、耐熱性的影響。

關鍵詞：聚碳酸酯；聚對苯二甲酸丁二酯；增韌改性

聚碳酸酯（PC）為無定形聚合物，其突出特點是抗沖擊性和抗蠕變性高，尺寸穩(wěn)定性好，同時具有良好的耐寒性；然而PC同樣存在諸多缺點［1］，如流動性差而難以加工成薄壁制件，易發(fā)生應力開裂，耐溶劑和耐磨性均較差等，要想制得符合實際應用的塑料品，對其進行性能改進是非常有必要的。聚對苯二甲酸丁二酯（PBT）為結晶性熱塑性樹脂，耐蠕變性能優(yōu)異，耐油性好，對醇類、醚類、高分子量的酯類、脂肪烴等穩(wěn)定，有很強的耐應力開裂性。將PC 與PBT共混，既可夠彌補PC耐化學藥品性、成型加工性和耐磨性的不足，同時又能克服PBT耐熱性差、缺口沖擊強度不高的缺點［2-6］。實驗證明，PC/ PBT合金可用于汽車保險杠、車身板及其它各種器械的板件等［7-8］。筆者探討了PC/PBT共混比及增韌劑對合金性能的影響。

1 實驗部分

1.1 實驗原料

PC：2805，Bayer 公司；

PBT：1100-211，臺灣長春企業(yè)集團；

甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯三元共聚物（MBS）：EM500，LG公司；

含甲基丙烯酸縮水甘油酯官能團的烯烴類彈性體：ST-2000，星貝達（北京）化工材料有限公司；

乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸縮水甘油酯無規(guī)三元共聚物：AX8900，阿克瑪公司；

乙烯丙烯酸丁酯共聚物（PTW）：美國杜邦公司。

1.2 儀器及設備

鼓風干燥箱：101A-4型，北京中興偉業(yè)儀器有限公司；

雙螺桿擠出機：TSE-40D/600-30-40型，南京瑞亞擠出機械制造有限公司；

注塑機：EM80-SVP/2型，震德塑料機械有限公司；

熱變形維卡測定儀：ZKW1302-B型，美特斯工業(yè)系統(tǒng)（中國）有限公司；

電子萬能試驗機：CMT6104型，美特斯工業(yè)系統(tǒng)（中國）有限公司；

擺錘沖擊試驗機：ZBC7151-B型，美特斯工業(yè)系統(tǒng)（中國）有限公司；

熔體流動速率（MFR）測試儀：XNR400A型，承德市金建檢測儀器有限公司；

掃描電子顯微鏡：KYKY2800型，北京中科科儀股份有限公司。

1.3 試樣制備

將PC，PBT在120℃下鼓風干燥4 h，與干燥的增韌劑及穩(wěn)定劑按一定配比稱量、混合后，加入雙螺桿擠出機進行擠出共混，共混溫度為250℃，螺桿轉速為200 r/min，擠出樣條水冷后切粒。粒料在120℃干燥4 h，然后注射成型，制成標準試驗樣條，注塑溫度為250℃，注塑壓力為20 MPa。所有樣條在進行各項測試分析前，先在室溫環(huán)境下放置24 h以上，以使試樣狀態(tài)完全達到平衡。

1.4 性能測試

拉伸性能按ISO 527-1：2012采用電子萬能試驗機進行測試，拉伸速率為50 mm/min；

彎曲強度按ISO 178：2010采用電子萬能試驗機進行測試，加載速率2 mm/min；

缺口沖擊強度按ISO 179/1eA：2001采用擺錘沖擊試驗機進行測試，啞鈴型樣條，分別在室溫（23℃）和低溫（-30℃）測試；

MFR按GB/T 3682-2000測定，250℃，5 kg；

熱變形溫度按ISO 75/A：2013采用熱變形維卡測定儀測試，負荷1.8 MPa。

每組樣品測試5次，結果取平均值。

2 結果與討論

2.1 PC/PBT共混比對合金力學性能的影響

選取PC/PBT共混比分別為20/80，30/70，40/60，50/50，60/40，70/30，80/20，考察其對合金力學性能的影響，結果見圖1、圖2。

圖1 PC/PBT共混比對合金拉伸、彎曲強度的影響

圖2 PC/PBT共混比對合金室溫、低溫缺口沖擊強度的影響

從圖1可以看出，隨著PC在共混體系中的含量增加，合金的拉伸強度、彎曲強度也隨之增大，這主要由于PC的韌性好并且其拉伸彈性模量要高于PBT所致。

從圖2可以看出，隨著PC含量的提高，室溫缺口沖擊強度呈下降趨勢，低溫缺口沖擊強度呈明顯的升高趨勢。PC/PBT共混比在20/80左右時，缺口沖擊強度有一個最高值，該現(xiàn)象的產生可能與相分離行為有關，當PC含量較低時，相分離行為占據(jù)主要地位，PC在共混合金中作為應力集中點，起到了增強作用［9］。

2.2 PC/PBT共混比對合金耐熱溫度的影響

圖3示出PC/PBT共混比對合金負載熱變形溫度的影響。從圖3可以看出，隨著PC含量的升高，合金的熱變形溫度升高。這可能是由于PC本身的熱變形溫度高于PBT，因此當PC含量增加時，合金的熱變形溫度隨之升高。

圖3 PC/PBT共混比對合金負載熱變形溫度的影響

2.3 PC/PBT共混比對合金耐化學藥品性的影響

將帶缺口的沖擊樣條在室溫放置24 h，再浸入到二甲苯溶劑中，24 h后取出，用自來水沖洗干凈，晾干后進行拍照，結果見圖4。從照片中試樣的裂紋程度可以看出，隨著合金中PC比例的增加，耐溶劑性能下降。要想獲得耐溶劑性能好的PC/PBT合金，PC/PBT的共混比應該在60/40左右。

2.4 增韌劑對PC/PBT合金性能的影響

（1）增韌劑品種的影響。

圖4 耐化學藥品性試驗結果

固定PC/PBT共混比為60/40，總量為100份，分別加入不同的增韌劑，用量為10份，在雙螺桿擠出機上擠出造粒，然后測試力學性能及MFR，結果見表1。

表1 增韌劑品種對力學性能及MFR的影響

從表1可以看出，加入增韌劑后，合金的拉伸強度及彎曲強度降低，但室溫、低溫缺口沖擊強度明顯提高；室溫沖擊強度提高了5～6倍，低溫缺口沖擊強度提高了2～3倍。AX8900，ST-2000，PTW三種增韌劑有相似的增韌效果，加入后合金的MFR降低，這可能是由于這三種增韌劑都含有甲基丙烯酸縮水甘油酯（GMA），其中含有一定量易反應的環(huán)氧基團，而PBT分子中的端羧基或端羥基在環(huán)氧基團存在條件下不穩(wěn)定，所形成的丙烯酸酯可以降低界面張力，提高合金的界面相容性，改善韌性；然而，加入增韌劑后，PBT/PC合金熔體的分子間作用力隨之增加，分子鏈間相對移動難度增加，導致其MFR下降［10-13］。在要求流動性能好、沖擊強度高的制品里，AX8900，ST-2000，PTW三種增韌劑不能單獨使用，配合其它增韌劑協(xié)同作用，以期獲得良好的流動性和韌性。而MBS增韌劑對PC/PBT合金既有較好的增韌效果，又能保持較高的熔體流動性。

（2） MBS用量的影響。

固定PC/PBT的比例為60/40，總量為100份，采用MBS增韌劑，考察其用量對合金力學性能及耐熱性的影響，結果見表2。

由表2可以看出，當MBS用量增加時，拉伸和彎曲強度大幅度下降，這是因為MBS本身的拉伸彈性模量較低，其用量增加勢必會降低主體強度。低溫缺口沖擊強度明顯提高，因為MBS的殼層甲基丙烯酸甲酯與主體材料的溶解度參數(shù)相近，因而具有界面粘接作用。隨著MBS用量增大，熱變形溫度降低，這是由于MBS的耐熱性較差，從而使共混體系的熱變形溫度下降［14-15］。

表2 MBS用量對合金力學性能及耐熱性的影響

3 結論

（1）隨著PC/PBT合金中PC含量的增加，拉伸強度、彎曲強度、熱變形溫度都有所提高，缺口沖擊強度先提高后降低，耐溶劑性能下降。要獲得綜合性能較好的合金，PC/PBT共混比應該控制在60/ 40左右。

（2）在PC/PBT合金體系中加入含有甲基丙烯酸縮水甘油酯的增韌劑品種，提高了體系的韌性和沖擊強度，但MFR降低。

（3）隨著增韌劑MBS用量的增加，PC/PBT合金的缺口沖擊強度明顯提高，而拉伸強度、彎曲強度、熱變形溫度降低。

參 考 文 獻

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聯(lián)系人：錢志國，博士，主要研究方向為高分子材料合成、工程塑料改性以及精細化學品合成

Preparation of Chemical Resistant and High Impact PC/PBT Alloys

Qian Zhiguo1， Yin Jilei1， Li Zhengmei1， Qian Yi1， Sun Jie2， Guo Xueshan2， Bi Li3， Bian Ce3， Wang Haiqiang1
（1.Beijing Chemical Industry Research Institute， Beijing 100080， China； 2.Beijing Station of Polymer Materials Quality Supervision and Inspection ，Beijing 100080， China； 3.Beijing Co-Foung High-Tech Incubator Co. Ltd.， Beijing 100080， China）

Abstract：A series of PC/PBT alloys with different proportions were prepared by melt extrusion blending process.The effects of the ratio of the components on the mechanical properties，load thermal deformation temperature and solvent resistance of the alloys were investigated.Results showed that the PC/PBT alloy with a ratio of 64/40 exhibited better combined properties.Based on it，the effects of the choice and dosage of toughening agents on the mechanical properties and heat resistance of the PC/PBT alloys were also studied.

Keywords：PC；PBT；toughening modification

中圖分類號：TQ32

文獻標識碼：A

文章編號：1001-3539（2016）01-0049-04

doi:10.3969/j.issn.1001-3539.2016.01.011

收稿日期：2015-10-12