抗開裂PC/PET復(fù)合材料的制備及其性能

廖 源 楊序平 楊 琴 高 偉 張廷紅 潘星宇

(1.瀘州老窖股份有限公司 四川瀘州 646000；2.西南科技大學(xué)生物質(zhì)材料教育部工程研究中心 四川綿陽 621010；3.西南科技大學(xué)材料與化學(xué)學(xué)院 四川綿陽 621010)

本文以聚碳酸酯樹脂(PC)為基材，聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)為填料，乙烯-丙烯酸甲酯共聚物(EMA)為增韌劑，含氫硅油(H212)為交聯(lián)劑，通過熔融共混法分別制備了不同比例的PC/PET 復(fù)合材料，研究了復(fù)合材料的熱學(xué)性能和力學(xué)性能。

1 實驗部分

1.1 實驗試劑和儀器

聚碳酸酯樹脂(PC)，1302-10，韓國LG化學(xué)；聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)，CR8863，華潤化學(xué)材料科技股份有限公司；乙烯-丙烯酸甲酯共聚物(EMA)，1125AC，美國杜邦公司；含氫硅油，H212，河南華文化工有限公司。

轉(zhuǎn)矩流變儀，HAAKE Polylab OS，美國賽默飛世爾科技公司；切粒機(jī)，LSQ-15，上?？苿?chuàng)橡塑機(jī)械設(shè)備有限公司；微量注塑機(jī)，RR/TSMP/B4，上海威訊科技有限公司；電熱鼓風(fēng)干燥箱，101-0AB，林茂科技(北京)有限公司；熱重分析儀，TGA Q500，美國沃斯特公司；差示掃描量熱儀，DSC Q200，美國TA儀器公司；溫控式電子萬能材料試驗機(jī)，C54504，美特斯工業(yè)系統(tǒng)(中國)有限公司；GB/T 1843懸臂梁(Izod)沖擊試驗機(jī)，SANS。

1.2 實驗過程

1.2.1 PC和PET的前處理

將PC和PET按不同的質(zhì)量比例混合，攪拌均勻后放入烘箱，在110±10 ℃ 的溫度下烘烤7～8 h，留存?zhèn)溆谩?/p>

1.2.2 PC/PET的制備

將經(jīng)過前期處理的 PC，PET和5%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))乙烯-丙烯酸甲酯共聚物(EMA)、3%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))含氫硅油(H212)加入 HAAKE轉(zhuǎn)矩流變儀中，在 270±10 ℃，60 r/min 的條件下進(jìn)行熔融共混，得到混合材料，再經(jīng)過擠出、造粒得到混合母料。將母料加入微量注塑機(jī)，設(shè)置條件為 280±10 ℃，120 MPa，通過注塑得到測試樣條，每組制備5根樣條。樣品配方見表1。

1.3 測試與表征

1.3.1 熱重分析測試

熱重(TG)測試樣品質(zhì)量控制在5 mg左右，溫度范圍25～800 ℃，升溫速率為10 ℃/min，氮氣氛圍中測試。

1.3.2 DSC分析

差示掃描量熱(DSC)測試樣品質(zhì)量約5 mg，25 ℃ 升溫至200 ℃，升溫速率為10 ℃/min，氮氣流速為50 mL/min，消除熱歷史后降溫至-50 ℃得到降溫曲線，再次升溫至200 ℃ 得到二次升溫曲線。

1.3.3 力學(xué)性能測試

采用溫控電子萬能材料試驗機(jī)測試復(fù)合材料力學(xué)性能，室溫(25 ℃)，樣條為ISO 527—2 1BA 啞鈴型標(biāo)準(zhǔn)樣條。

懸臂梁(Izod)缺口沖擊性能按照GB/T1843—2008標(biāo)準(zhǔn)，測試5個試樣取平均值。

2 結(jié)果與討論

2.1 DSC分析

玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)能反映復(fù)合材料的相容性[11]。如果兩種聚合物完全不相容時，體系中會出現(xiàn)兩個不同的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，當(dāng)兩種聚合物完全相容時，體系將變成一相，只會出現(xiàn)一個玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。從圖1可以看出，隨PET 組分含量的增加，PC/PET復(fù)合材料兩組分的Tg有相互靠近的趨勢。當(dāng)PET含量為20% 時，體系只有一個玻璃化轉(zhuǎn)變溫度；當(dāng)PET 含量超過20% 時，體系又出現(xiàn)兩個玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，由此說明當(dāng)PET含量為20% 時，兩相相容性最好。

圖1 PC/PET的DSC二次升溫曲線Fig.1 DSC secondary heating curve of PC/PET

2.2 熱重分析

圖2為PC/PET復(fù)合材料的熱重分析圖。從圖2可以看出，由于PET的熱穩(wěn)定相比PC的熱穩(wěn)定性更低，因此PC/PET復(fù)合材料的熱穩(wěn)定性相比于純PC會有所降低。不同組分PC/PET復(fù)合材料失重10%，20% 的溫度(Td,10%，Td,20%)見表1。從表1可以看出，在PC/PET 復(fù)合材料中，當(dāng)PET的含量為20% 時具有較好的熱性能(Td,10%=409 ℃，Td,20%=437 ℃)。這可能是因為在該比例下兩相相容性較好，具有較高的界面結(jié)合能，因此需要吸收更多的熱量來破壞界面黏結(jié)力，造成分子鏈的裂解。

圖2 PC/PET熱重曲線Fig.2 TG curves of PC/PET

表1 樣品組成配方及TG數(shù)據(jù)Table 1 Formula and TG date of samples

2.3 機(jī)械性能分析

拉伸強(qiáng)度可衡量材料的強(qiáng)度，斷裂伸長率和沖擊強(qiáng)度可衡量材料的韌性[21]。復(fù)合材料的機(jī)械性能測試結(jié)果如圖3所示，具體數(shù)據(jù)見表2。

表2 樣品的機(jī)械性能Table 2 Mechanical Properties of the Samples

從圖3(a)、圖3(b)可以看出，PC/PET 復(fù)合材料的斷裂伸長率與沖擊強(qiáng)度隨著PET含量的增加出現(xiàn)先增大后減小的趨勢，其中PET含量為20%出現(xiàn)最大值(斷裂伸長率和沖擊強(qiáng)度較純 PC 分別提高了12.8%和 17.5%)，此時PC和PET兩相相容性最好，相界面作用力較強(qiáng)，有利于應(yīng)力傳遞，因此韌性最好。

圖3 PC/PET 復(fù)合材料的力學(xué)性能Fig.3 Mechanical properties of PC/PET composite materials

從圖3(c)可以看出，相比于純 PC，PET引入之后，PC/PET的拉伸強(qiáng)度均有所下降，其中20% PET復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度較純 PC 降低了5.9%，降幅最低。20% PET 復(fù)合材料在強(qiáng)度下降不大的情況下韌性大幅提升，綜合力學(xué)性能較好。

3 結(jié)論

通過熔融共混法成功制備了PC/PET復(fù)合材料。當(dāng)PET含量為20% 時，PC/PET相容性最好，且具有最好的熱穩(wěn)定性。隨著 PET 填充量的增加，PC/PET復(fù)合材料的斷裂伸長率和沖擊強(qiáng)度先增大后減小，當(dāng)PET含量為20% 時，PC/PET的韌性最好(斷裂伸長率和沖擊強(qiáng)度較純 PC 分別提高了12.8%和 17.5%)并具有較好的拉伸強(qiáng)度。