耐熱抗沖PC/ABS合金的研究

畢靜利,張 超,張艷君,張 偉

(魯西化工集團(tuán)股份有限公司，山東 聊城 252111)

聚碳酸酯( PC )是一種集優(yōu)異的力學(xué)性能、高透光性和高耐熱性于一身的高端工程塑料，但分子鏈中含有苯環(huán)使其空間位阻較大，造成PC制品易發(fā)生應(yīng)力開裂，且熔體粘度高，加工困難，加之價格較高，限制了PC的應(yīng)用[1]。PC的合金化可以起到降低成本，改善缺口敏感性，提高抗應(yīng)力開裂能力和加工流動性的作用，其中PC/(丙烯腈/丁二烯/苯乙烯)共聚物(ABS)合金以其高光澤性和優(yōu)異綜合性能廣泛應(yīng)用于電子電器外殼、汽車內(nèi)飾等中高端市場[2]。PC/ ABS合金中主要由PC相、接枝橡膠為主鏈的ABS相和(丙烯腈/苯乙烯)共聚物(SAN)三相組成，很多學(xué)者研究表明，提高膠含量可有效提高合金的沖擊性能[3]，但橡膠相的增加會導(dǎo)致合金剛性與耐熱能力的下降，本文使用(甲基丙烯酸甲酯/丁二烯/苯乙烯)共聚物(MBS)提高PC/ABS相容性和韌性的同時提高SAN相的含量，使合金保持較高沖擊強(qiáng)度的同時拉伸強(qiáng)度與耐熱能力得到增強(qiáng)。

1 實(shí)驗部分

1.1 主要原料

PC,聊城魯西聚碳酸酯有限公司；ABS，奇美實(shí)業(yè)股份有限公司；SAN，鎮(zhèn)江奇美有限公司；MBS，羅門哈斯公司。

1.2 主要儀器與設(shè)備

電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱，DHG-9420AV，予華儀器有限責(zé)任公司；雙螺桿擠出機(jī)組，TSB-35型，南京創(chuàng)博機(jī)械設(shè)備有限公司；注塑機(jī)，MA860/260G，寧波海天塑機(jī)集團(tuán)有限公司；擺錘沖擊儀，GT-7045-MDL，高鐵檢測設(shè)備(東莞)有限公司；伺服控制拉力試驗機(jī)，TCS-2000，高鐵檢測設(shè)備(東莞)有限公司；維卡/熱變形測定儀，HV-3000，高鐵檢測設(shè)備(東莞)有限公司。

1.3 試樣制備與處理

將PC在120℃下烘干4h，將ABS和AS在80℃下烘干6 h，按不同比例混合后，在雙螺桿擠出機(jī)中擠出造粒(擠出溫度為220～240℃) ,合金顆粒在100℃下烘干6h后注塑成檢測試樣,試樣在23℃、50%濕度環(huán)境中放置24h后進(jìn)行性能檢測。

1.4 性能測試

熱變形溫度：按GB/T1643-2004測定；拉伸性能:按GB/T1040-2006;缺口沖擊強(qiáng)度：按GB/T1843-2008。

2 結(jié)果與討論

2.1 PC含量對PC/ABS和PC/ABS/MBS合金沖擊性能影響

圖1是添加MBS與不添加MBS兩種情況下，PC含量與合金沖擊性能的關(guān)系曲線，從圖1可以看出， PC含量和MBS對合金的沖擊性能均有影響， PC/ABS二元合金中，PC含量小于50%時，沖擊強(qiáng)度整體較小，低于40kJ/M2，當(dāng)PC含量大于50%時，沖擊強(qiáng)度大于50kJ/M2，其中PC含量60%時，合金韌性最佳，此時沖擊強(qiáng)度為55kJ/M2，其原因可能是PC含量高時，合金中的連續(xù)相為PC，為合金提供了較高的沖擊強(qiáng)度，使合金整體沖擊強(qiáng)度較高，且ABS中的橡膠相在沖擊應(yīng)力作用下會產(chǎn)生銀紋，與PC協(xié)同增韌，改善合金的沖擊強(qiáng)度[4]，因此，在PC含量60%時，出現(xiàn)了韌性的最大值。PC/ABS/MBS三元共混體系中，PC與ABS共計100份，當(dāng)加入6份MBS后，合金的沖擊強(qiáng)度平均提高了10kJ/M2，原因可能是MBS中的甲基丙烯酸甲酯與PC相容性好，而橡膠相與ABS結(jié)合能力強(qiáng)，使MBS發(fā)揮了表面活性劑的作用，降低了PC與ABS的界面張力，增加了界面的結(jié)合力，不僅有增容作用，還有增韌的效果，提高了合金的沖擊性能。

圖1 PC含量對PC/ABS和PC/ABS/MBS合金沖擊性能影響

2.2 PC含量對PC/ABS和PC/ABS/MBS合金拉伸屈服強(qiáng)度和熱變形能力的影響

從圖2和圖3可以看出，合金的拉伸屈服強(qiáng)度和熱變形溫度與合金中PC含量成正比里關(guān)系，PC含量增加可以提高合金的強(qiáng)度與耐熱能力，通過兩條曲線對比，可以看出MBS降低了合金拉伸屈服強(qiáng)度和熱變形溫度，其原因可能是MBS成為了合金中兩相的表面活性劑，增加了PC與ABS相容性的同時，也成為合金中的第三相，而MBS中的橡膠相性能最弱，從而影響了合金的性能，導(dǎo)致合金的拉伸屈服強(qiáng)度與熱變形溫度下降，因此，在高沖擊高耐熱產(chǎn)品開發(fā)時，需提高合金的耐熱能力。

圖2 PC含量對PC/ABS和PC/ABS/MBS合金拉伸性能影響

圖3 PC含量對PC/ABS和PC/ABS/MBS合金熱變形能力的影響

2.3 PC/ABS/SAN /MBS四元共混性能研究

根據(jù)合金比例對沖擊性能影響曲線可以看出，PC/ABS比例在6∶4時，合金中添加MBS可達(dá)到最佳的沖擊強(qiáng)度，但拉伸屈服強(qiáng)度和熱變形溫度有所下降，為彌補(bǔ)MBS造成的以上缺陷，將該比例下40份ABS部分替換為SAN，從圖4、圖5、圖6可以看出，當(dāng)SAN替換40%以內(nèi)的ABS時，PC/ABS/SAN/MBS四元共混體系不僅保持了優(yōu)良沖擊性能，同時有效提升拉伸屈服強(qiáng)度和熱變形溫度。其原因是SAN中的苯乙烯含有苯環(huán)，可以為合金提供更高的強(qiáng)度與耐熱能力，少量SAN的加入雖降低了ABS中的膠含量，但不會影響連續(xù)相PC的沖擊強(qiáng)度和MBS的增韌效果，從而使合金保持了良好的沖擊韌性。因而適量加入SAN有利于開發(fā)出同時具有優(yōu)良拉伸強(qiáng)度、較高耐熱能力和高沖擊強(qiáng)度的高性能合金。

圖4 SAN含量對合金沖擊性能影響

圖5 SAN含量對合金拉伸性能影響

圖6 SAN含量對合金沖熱變形溫度影響

3 結(jié)論

(1) 隨著PC 用量的增加, PC/ABS合金的拉伸屈服強(qiáng)度和熱變形溫度線性增加，且PC含量對合金的沖擊性能有直接影響。

(2)MBS對合金有增容增韌的作用，可有效提高合金的沖擊強(qiáng)度，但會降低合金的拉伸屈服強(qiáng)度和熱變形溫度。

(3) PC/ABS/SAN/MBS合金體系中，使用SAN以增加合金的拉伸強(qiáng)度和耐熱能力，當(dāng)SAN用量16份以內(nèi)時，合金在保持優(yōu)良沖擊性能的同時增加了熱變形溫度和拉伸強(qiáng)度，熱變形

溫度從95℃提高至108℃，拉伸屈服強(qiáng)度從47MPa提高至54MPa，有效彌補(bǔ)MBS對合金熱力學(xué)性能的影響。