一種高苯基含量有機(jī)硅阻燃聚碳酸酯的研究

楊 銳，蔡緒福，戴子林，吳海鷹，朱淮軍，高麗霞，區(qū)菊花，孔振興*

(1.廣東省科學(xué)院稀有金屬研究所，廣東廣州510650；2.廣東省稀土開發(fā)及應(yīng)用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東廣州510650；3.四川大學(xué)高分子科學(xué)與工程學(xué)院，四川成都610065)

聚碳酸酯（polycarbonate，PC），是一種高度透明、無色、無毒、無臭的非晶熱塑性樹脂，按照分子鏈中酯基的結(jié)構(gòu)不同可以分為芳香族、脂肪族、脂肪族-芳香族[1]。由于對(duì)機(jī)械性能的要求，目前只有芳香族聚碳酸酯實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化應(yīng)用。聚碳酸酯綜合性能優(yōu)良，具有力學(xué)性能均衡、尺寸穩(wěn)定性好、易著色、耐老化性能與電絕緣性能優(yōu)異等特點(diǎn)。由于聚碳酸酯優(yōu)異的性能，其廣泛應(yīng)用于電子、電器、航空航天、機(jī)械、汽車紡織、輕工及建筑行業(yè)。作為工程塑料，聚碳酸酯本身阻燃性能較好，垂直燃燒能夠達(dá)到UL-94 V2級(jí)，極限氧指數(shù)達(dá)到28%，但若應(yīng)用在電子電氣、建筑裝飾等其他具有更高阻燃要求的領(lǐng)域，聚碳酸酯仍需進(jìn)行阻燃處理[2-4]。目前，針對(duì)聚碳酸酯的阻燃劑主要有含鹵阻燃劑[5]、含磷阻燃劑[6-8]、無機(jī)金屬化合物和硅系阻燃劑。含鹵阻燃劑在阻燃過程中會(huì)產(chǎn)生大量的煙霧和有毒的腐蝕性鹵化氫氣體，磷系阻燃劑產(chǎn)生的毒性氣體和腐蝕性氣體比鹵素阻燃劑少，但由于其仍有一定毒性而無法滿足高環(huán)保要求，故此兩類阻燃劑已經(jīng)越來越被限制使用；無機(jī)金屬化合物來源豐富，價(jià)格低廉，不含磷和鹵素，無毒、無腐蝕性，不易揮發(fā)，且可與多種物質(zhì)產(chǎn)生協(xié)同阻燃作用，然而其需要較大的添加量才能發(fā)揮出較好的阻燃效果，導(dǎo)致阻燃材料加工和力學(xué)性能大幅下降。目前，作為無鹵阻燃劑之一的硅系阻燃劑應(yīng)用越來越廣泛，有機(jī)硅分子鏈為Si—O鍵，鍵能較高，具有優(yōu)異的熱穩(wěn)定性，燃燒時(shí)有機(jī)硅能促進(jìn)碳層的生成，進(jìn)而阻止煙的形成和火焰的發(fā)展，阻燃效果顯著[9]。苯基有機(jī)硅較甲基有機(jī)硅具有更好的熱穩(wěn)定性，也就具有更高的熱分解活化能和熱分解溫度，因此也具有更佳的阻燃效果[10-14]；該種硅系阻燃劑苯基含量越高，所制備的阻燃材料燃燒后形成的炭層越致密，阻燃效果越好[15-18]。作者以二苯基二甲氧基硅烷為單體合成出高純度的八苯基環(huán)四硅氧烷（P4），將其作為阻燃劑與聚碳酸酯進(jìn)行共混擠出，制備出高效無鹵阻燃聚碳酸酯材料，通過LOI、垂直燃燒測(cè)試、SEM和TGA研究該阻燃PC材料燃燒性能、阻燃機(jī)理、成炭的相形態(tài)和熱降解行為，并研究八苯基環(huán)四硅氧烷用量對(duì)聚碳酸酯力學(xué)性能的影響。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)原料

二苯基二甲氧基硅烷（分析純），上海瀚思化工有限公司；丙酮（分析純）、二氯甲烷（分析純）、氫氧化鉀（分析純）、甲醇（分析純），上海阿拉丁生化科技股份有限公司；聚碳酸酯PC（2805），上?？扑紕?chuàng)聚合物有限公司。

1.2 樣品制備

1.2.1 八苯基環(huán)四硅氧烷的制備

將200 g二苯基二甲氧基硅烷、320 g丙酮與8 g去離子水投入到安裝好攪拌裝置、冷凝器、溫度計(jì)的三口瓶中，充分?jǐn)嚢?，使其混合均勻，?.05 g NaOH溶于盛有20 g甲醇的燒杯，混合均勻后投入三口瓶中，升溫至55℃，開始回流，反應(yīng)4 h，待反應(yīng)結(jié)束后抽濾，用無水乙醇洗滌3次，再用去離子水洗滌3次至濾液顯中性，真空干燥，得到白色晶體狀的八苯基環(huán)四硅氧烷。該反應(yīng)方程式如圖1所示。

圖1 反應(yīng)方程式Fig.1 Reaction equation

1.2.2 無鹵阻燃PC的制備

將PC與八苯基環(huán)四硅氧烷按實(shí)驗(yàn)配方在高速混合機(jī)中預(yù)混，以200 r/min在雙螺桿擠出機(jī)中擠出，擠出溫度依次為Ⅰ：240℃；Ⅱ：240℃；Ⅲ：240℃；Ⅳ：240℃；Ⅴ：240℃；Ⅵ：240℃；造粒，物料于90℃干燥4 h，得到八苯基環(huán)四硅氧烷阻燃的無鹵阻燃PC。將該P(yáng)C粒料按照不同測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)注塑制備出所需樣條，注塑成型溫度為260℃。

1.3 使用設(shè)備與儀器

HD-B500型電子天平，華志電子科技有限公司；DF-101S型恒溫水浴鍋，上海予申儀器有限公司；JJ-1型電動(dòng)攪拌器，常州無有實(shí)驗(yàn)儀器有限公司；1 L三口瓶以及相應(yīng)的冷凝管、100 mL錐形瓶、溫度計(jì)，廣州澤明科技發(fā)展有限公司；iS10型傅里葉紅外光譜儀，Nicolet公司；Agilent 7890B-5977A型氣質(zhì)聯(lián)用儀，美國Agilent公司；SHJ-20型同向雙螺桿擠出機(jī)，南京聚力化機(jī)械有限公司；CS-127熔體指數(shù)儀，Custom scientific instruments公司；BL-6179-20T型注塑機(jī)，東莞寶輪精密檢測(cè)儀器有限公司；FTAⅡ型氧指數(shù)儀，美國Rheometric Scientific有限公司；FZ-5401型水平垂直燃燒試驗(yàn)機(jī)，東莞市瀚陽電子儀器有限公司；Q600型熱分析儀，梅特勒-托利多公司；Instron-4465型萬能拉力試樣機(jī)，美國Instron公司；XJC-5型懸臂梁沖擊試驗(yàn)機(jī)，上海本昂科學(xué)儀器有限公司；Hitachi S-520型掃描電鏡，High-Technologies公司。

1.4 測(cè)試表征

1.4.1 紅外光譜分析

將所合成的八苯基環(huán)四硅氧烷與KBr研磨壓片，采用Nicolet公司的iS10型傅里葉紅外光譜儀進(jìn)行紅外光譜分析，掃描步頻2 cm-1，掃描范圍4 000～500 cm-1。

1.4.2 氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用分析

稱取2 g合成的八苯基環(huán)四硅氧烷投入100 mL錐形瓶，加入25 mL二氯甲烷，充分?jǐn)嚢柚敝涟吮交h(huán)四硅氧烷完全溶解，密封備用。

氣相色譜條件：進(jìn)樣口溫度為340℃；檢測(cè)器溫度為350℃；柱溫箱升溫程序設(shè)置為起始溫度40℃，保持1 min，再以10℃/min 升溫至300℃，保持3 min。分流比為20∶1；柱流量為1 mL/min，進(jìn)樣量為1μL，載氣為氦氣，采用弱極性HP-5MS（30 m×0.25 mm×0.25μm）色譜柱。

質(zhì)譜條件：EI源，電離能量70 eV，離子源溫度300 ℃；接口溫度350 ℃；四極桿溫度180 ℃；測(cè)定方式為SCAN/SIM；質(zhì)量掃描范圍為29～350 amu。溶劑切除時(shí)間1 min。采用Nist11質(zhì)譜庫檢索標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)譜譜圖。

1.4.3 熔融指數(shù)

將所制得的無鹵阻燃PC樣品按照GB/T 3682—1989進(jìn)行測(cè)試。

1.4.4 阻燃性能測(cè)試

1）極限氧指數(shù)：按照ASTM D2836標(biāo)準(zhǔn)對(duì)PC標(biāo)準(zhǔn)樣條進(jìn)行極限氧指數(shù)（LOI）測(cè)試。

2）UL-94垂直燃燒法：按照ASTM D3801標(biāo)準(zhǔn)對(duì)PC標(biāo)準(zhǔn)樣條進(jìn)行垂直燃燒測(cè)試（VBT）。

1.4.5 形貌研究

將PC的脆斷面和燃燒后的殘?zhí)啃蚊彩褂萌毡綡itachi High-Technologies公司的Hitachi S-520掃描電鏡觀察，樣品表面要鍍金處理。

1.4.6 熱重分析

樣品質(zhì)量5～10 mg，升溫速率10℃/min，空氣氣氛流量20 mL/min。所有試樣在進(jìn)行測(cè)試前均需在90 ℃干燥3 h。

1.4.7 力學(xué)性能測(cè)試

1）拉伸強(qiáng)度測(cè)試：按照GB/T 1040—1992標(biāo)準(zhǔn)對(duì)4 mm厚的PC標(biāo)準(zhǔn)樣條進(jìn)行拉伸強(qiáng)度測(cè)試，拉伸速率50 mm/min。

2）彎曲強(qiáng)度：按照GB/T 9341—2000標(biāo)準(zhǔn)對(duì)4 mm厚的PC標(biāo)準(zhǔn)樣條進(jìn)行彎曲強(qiáng)度測(cè)試，速率為2 mm/min。

3）沖擊強(qiáng)度：按照GB/T 1843—1993標(biāo)準(zhǔn)對(duì)4 mm厚，V型缺口深度2 mm的PC標(biāo)準(zhǔn)樣條進(jìn)行懸臂梁缺口沖擊強(qiáng)度測(cè)試。

2 結(jié)果與討論

2.1 合成出樣品的紅外光譜分析

對(duì)所合成出的樣品進(jìn)行紅外分析，如圖2所示。由圖2可見：在2950～2850 cm-1，并未出現(xiàn)—CH3伸縮振動(dòng)峰，說明經(jīng)過多次洗滌過濾后得到的產(chǎn)物中二苯基二甲氧基硅烷已經(jīng)除去；而在3080～2960 cm-1出現(xiàn)了明顯的苯環(huán)上氫的伸縮振動(dòng)峰；在1 580、1 430 cm-1出現(xiàn)了顯著的苯環(huán)的骨架伸縮振動(dòng)峰；在1 975、1 895、1 830、1 768 cm-1出現(xiàn)了4個(gè)明顯的苯環(huán)單取代特征吸收峰；在1 121 cm-1出現(xiàn)了顯著的Si—O—Si特征吸收峰，均是八苯基環(huán)四硅氧烷的特征吸收峰。

圖2 合成出樣品的紅外光譜Fig.2 FTIR spectra of thesynthesized sample

2.2 合成出樣品的氣質(zhì)聯(lián)用分析

對(duì)所制得的樣品進(jìn)行氣相色譜-質(zhì)譜（GC-MS）分析，得到總離子流如圖3所示。由圖3可知，在7.769 min出現(xiàn)一明顯尖峰，除此以外并無肉眼可見的其他峰出現(xiàn)，說明制得的樣品經(jīng)過洗滌純化處理后雜質(zhì)極少。圖4（a）、（b）分別為樣品和八苯基環(huán)四硅氧烷的標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)譜圖，可以看到樣品質(zhì)譜圖中出峰位置和相對(duì)豐度均與標(biāo)準(zhǔn)譜庫中八苯基環(huán)四硅氧烷譜圖幾乎完全相同，證明合成出的樣品正是八苯基環(huán)四硅氧烷。

圖3 合成出樣品的氣相色譜總離子流Fig.3 Total ion chromatogram obtained from synthesized sample

圖4 八苯基環(huán)四硅氧烷的合成樣品與標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)譜Fig.4 Standard mass spectrogram and synthesized sample of octaphenylcyclotetrasiloxane

2.3 無鹵阻燃PC阻燃性能測(cè)試

為了驗(yàn)證P4阻燃PC的阻燃效果，對(duì)含不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)P4的阻燃PC進(jìn)行了極限氧指數(shù)與垂直燃燒測(cè)試如圖5和表1所示。

圖5 添加不同P4用量PC的極限氧指數(shù)Fig.5 LOI valuesof PC with different contentsof P4

表1 添加不同P4用量PC的UL-94測(cè)試結(jié)果Tab.1 Results of UL-94 test of PC with different contents of P4

從圖5可以看到：純的PC極限氧指數(shù)僅為27.3；在添加1%P4后，PC的極限氧指數(shù)提高到30.2，說明P4確實(shí)對(duì)PC起到了阻燃效果，這可能是因?yàn)镻4在燃燒過程中會(huì)發(fā)生開環(huán)并與PC發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，促進(jìn)炭層的生成，并且由于P4苯基含量高，燃燒過程中會(huì)生成炭層，覆蓋保護(hù)未燃燒的PC，從而提高了PC的阻燃性能；隨著P4添加量的增大，PC的極限氧指數(shù)不斷增大；當(dāng)P4添加量達(dá)到4%后，PC的極限氧指數(shù)不再繼續(xù)增大，穩(wěn)定在33.3左右，說明P4添加量為4%時(shí)，其對(duì)PC的阻燃效果已經(jīng)達(dá)到極限，使得PC燃燒時(shí)生成的炭層厚度已足夠覆蓋保護(hù)未燃燒的基體，繼續(xù)增加P4用量，阻燃效果極其有限。

從表1可以看出：純PC的UL-94（1.6 mm）為V0級(jí)；當(dāng)P4添加量達(dá)到2%時(shí)，PC的UL-94（1.6 mm）達(dá)到V 1級(jí)；當(dāng)P4添加量達(dá)到4%時(shí)，PC的UL-94（1.6 mm）達(dá)到V0級(jí)，說明4%用量P4已能對(duì)PC起到良好的阻燃效果；繼續(xù)增加P4用量，PC的UL-94（1.6 mm）保持不變，這與前面極限氧指數(shù)測(cè)試結(jié)果保持一致。

2.4 形貌研究

把4 mm厚的PC拉伸樣條放在液氮中5 min，然后脆斷，進(jìn)行表面噴金處理，在10 kV加速電壓下進(jìn)行SEM測(cè)試，研究其斷面形態(tài)，結(jié)果如圖6所示?？梢姡悍糯蟊稊?shù)5000情況下，空白PC斷面光滑清晰，均勻致密。當(dāng)添加1%P4后，P4與PC呈兩相結(jié)構(gòu)，P4球形顆粒均勻分布其中，顆粒大小不一，部分P4以團(tuán)聚體形式出現(xiàn)，這些較大的團(tuán)聚體會(huì)產(chǎn)生集中應(yīng)力；PC斷面出現(xiàn)孔洞，且隨著P4添加量的增大，孔洞數(shù)量增加，且明顯增大，這是因?yàn)镻4中殘留有微量的硅醇，使得P4在與PC共混擠出時(shí)PC會(huì)發(fā)生少量降解，產(chǎn)生的小分子氣體從聚合物逃逸出，使得聚合物內(nèi)部出現(xiàn)極小的空隙，受到外力作用時(shí)產(chǎn)生集中應(yīng)力，力學(xué)性能下降。

圖6 添加不同用量P4的PC脆斷面SEM照片F(xiàn)ig.6 SEM morphology of the fracturesurfaceof PC with different contents of P4

選取經(jīng)UL-94燃燒測(cè)試后殘?zhí)康耐暾繉?，?jīng)處理其斷面SEM如圖7所示。從圖7可以看出：純PC的燃燒樣殘?zhí)繉映霈F(xiàn)了明顯的孔洞，這是由于燃燒過程中PC分解產(chǎn)生水和二氧化碳等小分子快速揮發(fā)，使得可燃性氣體外逸參與燃燒，同時(shí)氧氣透過炭層深入到材料表面加劇材料的裂解，生成更多的可燃性氣體，使燃燒持續(xù)進(jìn)行。當(dāng)添加1%P4后，PC燃燒后的炭層變得明顯致密，孔洞粒徑減小，從而減少燃燒過程中產(chǎn)生的可燃?xì)怏w小分子的溢出，同時(shí)致密的炭層能隔絕氧氣進(jìn)入，減少燃燒表面和炭層下材料的熱量傳遞，這些均能減弱燃燒程度[19]。當(dāng)P4添加量達(dá)到5%后，PC燃燒后炭層變得更加致密連續(xù)，孔洞粒徑更小，這也與UL-94垂直燃燒測(cè)試結(jié)果中添加更高含量的PC樣品阻燃性能更佳一致。

圖7 添加不同用量P4的PC燃燒后炭層SEM照片F(xiàn)ig.7 SEM morphology of the charred layer residues of PC with different contents of P4

2.5 熱失重分析

為探究添加P4后PC的熱穩(wěn)定性，對(duì)添加不同P4用量的PC樣品在空氣氣氛下進(jìn)行熱失重分析，結(jié)果如圖8和表2所示。

從圖8中TG曲線可以看到，在空氣氛圍中，純PC的起始分解溫度Tonset為435.9℃，終止分解溫度Tend為607.6℃。從DTG曲線可以看到，PC的降解分兩階段進(jìn)行，第1階段主要是PC端基脫離主鏈，第2階段主要是主鏈的斷裂、重排和交聯(lián)，同時(shí)伴有降解過程中產(chǎn)生的小分子鏈段的繼續(xù)分解和交聯(lián)炭前體的分解。對(duì)于純PC，第1階段最大分解溫Tmax為484.2℃，最大分解速率Vmax為1.3%/℃；第2階段最大分解溫度Tmax為577.5℃，最大分解速率Vmax為0.5%/℃。當(dāng)P4添加量達(dá)到3%時(shí)，PC的起始分解溫度Tonset為445.3℃，終止分解溫度Tend為747.7℃，較純PC分別提高了約10 ℃和140℃。添加3%P4阻燃PC時(shí)，第1階段最大分解溫度Tmax為496.5℃，最大分解速率Vmax為1.3%/℃；第2階段最大分解溫度Tmax為648.6℃，較純PC提高了約70℃，最大分解速率Vmax為0.2%/℃，較純PC降低了0.3%/℃，說明P4對(duì)PC有提高熱穩(wěn)定性作用，這是因?yàn)镻4在升溫過程中會(huì)發(fā)生開環(huán)并與PC發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，促進(jìn)炭層的生成，減輕了PC基體的進(jìn)一步降解，這與前文中添加3%P4后PC阻燃等級(jí)能達(dá)到UL-94V的V1級(jí)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致。當(dāng)繼續(xù)提高P4用量至4%時(shí)，PC起始分解溫度Tonset為435.2℃，終止分解溫度Tend為647.9℃，較添加2%P4阻燃PC分別降低了約10℃和75℃；第1階段的最大分解溫度Tmax為483.8℃，最大分解速率Vmax為1.0%/℃；第2階段的最大分解溫度Tmax為610.0℃，最大分解速率Vmax為0.3%/℃：兩階段最大分解溫度較添加3%P4阻燃PC均有所下降，但其殘?zhí)柯蔬_(dá)14.1%。這可能是因?yàn)樵赑C分解第1階段，高溫下P4能夠開環(huán)并與PC脫除的端基反應(yīng)，從而減輕PC第1階段的分解，然而P4添加量較高時(shí)，由于P4沸點(diǎn)為334℃，升溫早期不可避免地有部分P4從黏流態(tài)PC中揮發(fā)逸出，使得PC起始分解溫度提前，同時(shí)富余的P4能夠在PC分解第2階段與PC主鏈發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，迅速生成炭層，較早地結(jié)束PC的分解，獲得較高的殘?zhí)柯?，較添加低P4用量時(shí)阻燃PC殘?zhí)柯曙@著提高。

圖8 空氣氣氛下添加不同用量P4的PC的TG與DTG曲線Fig.8 TG and DTG curves of PC with different content of P4 in air

表2 空氣氣氛下添加不同用量P4的PC的TGA特征參數(shù)Tab.2 TGA characteristic parameters of PC with different content of P4 in air

2.6 P4阻燃PC熔體質(zhì)量流動(dòng)速率變化情況

一般而言，熔體質(zhì)量流動(dòng)速率（MFR）與聚合物的分子量有一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系。對(duì)某種聚合物而言，MFR隨著聚合物分子量的降低而增大。因此，聚合物分子量的變化可以通過MFR反映出來[20-21]。測(cè)定添加不同用量P4的PC的MFR，結(jié)果如表3所示。

表3 添加不同用量P4的PC的MFRTab.3 MFR of PC with different content of P4

從表3可以看出：PC與P4共混后，MFR明顯增大，這說明PC分子量有所減小，這是因?yàn)镻4中殘留有微量的硅醇，使得P4在與PC共混擠出時(shí)PC發(fā)生少量降解，分子鏈變短，分子鏈纏結(jié)減弱，導(dǎo)致熔體流動(dòng)性增大，這與前文中該阻燃PC脆斷面的SEM照片結(jié)果相一致。當(dāng)P4添加量較高時(shí)，MFR增加幅度變小，逐漸趨于穩(wěn)定，這可能是因?yàn)槲⒘康墓璐紝?dǎo)致PC降解程度有限，P4添加量達(dá)到4%后，PC分子鏈長(zhǎng)度趨于穩(wěn)定，分子量變化很小。

2.7 力學(xué)性能測(cè)試

為探究P4對(duì)PC力學(xué)性能的影響，對(duì)該阻燃PC樣品進(jìn)行力學(xué)性能測(cè)試如圖9～11所示。

由圖9可以看到：純PC拉升強(qiáng)度為64.4 MPa；當(dāng)添加1%P4后，拉伸強(qiáng)度下降到61.0 MPa，這是因?yàn)镻4中殘留有微量的硅醇，使得P4在與PC共混擠出時(shí)PC會(huì)發(fā)生少量降解，導(dǎo)致PC分子鏈變短，分子鏈纏結(jié)減弱，而P4則作為應(yīng)力集中點(diǎn)分布在PC中，這同樣使得PC拉伸強(qiáng)度降低；當(dāng)P4添加量繼續(xù)增加，拉伸強(qiáng)度繼續(xù)下降；當(dāng)P4添加量達(dá)到4%后，拉伸強(qiáng)度下降至55.5 Mpa；當(dāng)P4添加量達(dá)到5%時(shí)，拉伸強(qiáng)度下降至到55.0 MPa，下降幅度很小，這可能是因?yàn)镻C發(fā)生降解反應(yīng)的程度有限，使得繼續(xù)增加P4用量所導(dǎo)致的拉伸強(qiáng)度下降同樣有限。

圖9 添加不同用量P4的PC拉伸強(qiáng)度變化曲線Fig.9 Variation of tensile strength of PC with different contentsof P4

圖10 添加不同用量P4的PC彎曲強(qiáng)度變化曲線Fig.10 Variation of bending strength of PC with different contentsof P4

圖11 添加不同用量P4的PC沖擊強(qiáng)度變化曲線Fig.11 Variation of impact strength of PC with different contents of P4

從圖10中可以看出：純PC的彎曲強(qiáng)度為73 MPa，添加不同含量P4后的樣品彎曲強(qiáng)度降低幅度很??；當(dāng)添加1%P4后，PC彎曲強(qiáng)度仍為73 MPa；當(dāng)P4添加量達(dá)到5%時(shí)，PC的彎曲強(qiáng)度仍為70.3 MPa。這是由于PC韌性良好，所以即使添加到5%P4后PC有一定程度降解，但實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)變速率較低，在外力作用下鏈段運(yùn)動(dòng)能夠及時(shí)響應(yīng)，使得測(cè)試所得PC彎曲強(qiáng)度下降不明顯。

從圖11中可以看出：純PC的沖擊強(qiáng)度為76.0 MPa，當(dāng)添加1%P4后，PC沖擊強(qiáng)度降至74.5 MPa；當(dāng)P4添加量達(dá)到4%后，PC沖擊強(qiáng)度降至63.0 MPa；當(dāng)P5添加量達(dá)到5%時(shí)，PC沖擊強(qiáng)度略降至62.5 MPa。這是因?yàn)镻C與P4共混擠出時(shí)有一定程度降解，部分分子鏈斷裂，使得分子鏈纏結(jié)減弱，受到?jīng)_擊外力時(shí)，分散受力效果減弱，沖擊強(qiáng)度下降；同時(shí)，較大的P4團(tuán)聚體作為應(yīng)力集中點(diǎn)，使得P4與PC基體結(jié)合力變差，同樣使得PC沖擊強(qiáng)度下降。當(dāng)P4添加量達(dá)到4%時(shí)，沖擊強(qiáng)度的下降幅度開始變緩且趨近穩(wěn)定，說明繼續(xù)添加P4用量，PC的降解程度有限，這與前面該阻燃PC的拉伸強(qiáng)度的變化趨勢(shì)一致。

3 結(jié) 論

P4作為硅系阻燃劑能有效阻燃PC，隨著P4添加量的增大，其對(duì)PC的阻燃效果不斷增強(qiáng)；當(dāng)P4用量達(dá)到4%時(shí)，PC極限氧指數(shù)提高至33.3，UL-94垂直燃燒實(shí)驗(yàn)為V0級(jí)，無滴落物；繼續(xù)增加P4用量阻燃效果保持不變。

1）觀察添加不同用量P4的PC樣品脆斷面表面形貌可知，P4與PC呈現(xiàn)兩相結(jié)構(gòu)，部分P4會(huì)團(tuán)聚形成應(yīng)力集中點(diǎn)，同時(shí)由于P4合成過程中會(huì)殘留有微量硅醇，會(huì)導(dǎo)致PC在擠出過程中發(fā)生降解，內(nèi)部出現(xiàn)微小孔洞，兩者均導(dǎo)致PC力學(xué)性能下降。觀察添加不同用量P4的PC樣品燃燒后炭層表面形貌可知，隨著P4用量增加，炭層逐漸致密，炭層中孔洞不斷變少且變小，同樣說明P4確實(shí)對(duì)PC有阻燃效果。

2）P4能有效提高PC的熱穩(wěn)定性，隨著P4用量增加，PC在兩階段分解過程中的最大分解速率均顯著降低，當(dāng)P4添加量達(dá)到4%以上時(shí)最終殘?zhí)柯曙@著提高。

3）P4對(duì)PC的力學(xué)性能有一定影響，添加1%用量P4后，PC拉伸強(qiáng)度、沖擊強(qiáng)度均有所降低，彎曲強(qiáng)度變化很??；隨著P4用量增加，PC拉伸強(qiáng)度、沖擊強(qiáng)度不斷降低，而彎曲強(qiáng)度較為穩(wěn)定，下降幅度很?。划?dāng)P4添加量達(dá)到4%以上時(shí)，PC拉伸強(qiáng)度與沖擊強(qiáng)度下降趨勢(shì)變緩，趨近穩(wěn)定。