低分子量聚碳酸酯/聚丙烯合金材料的研究
時間:2005-09-27
溫變英 于建 馬澤仁
（清華大學化工系高分子研究所，北京，100084）
近年來，隨著世界電子工業和其它制造業對薄壁、長流程制品需求的增長，低分子量聚碳酸酯（PC）走俏市場。然而，隨著分子量的降低，PC材料在流動性顯著提高的同時，其寶貴的耐沖擊韌性卻大幅下降。例如，通用級PC的缺口沖擊強度值一般在600J/m以上，而低分子量PC的缺口沖擊強度值只有幾個J/m，故如何保證材料在保持足夠流動性的前提下，大幅度地提高其沖擊韌性，就成為擺在我們面前的一項重要課題。此外，再生利用以PC光盤等為代表的低分子量制品和一般分子量PC制品廢料（其分子量已有較大幅度的下降），對節約資源、保護環境也都具有十分重要的現實意義。因此，采用各種技術對低分子量PC進行合理的改性以提高其物理機械性能，尤其是改善其沖擊韌性，就顯得十分重要與迫切，其中合金化方法因經濟實用而被廣泛采用。在為數不少的PC合金中，PC/PP合金因其價格成本低廉、適用面廣泛，在將來的應用上將具有一定的優勢，一直為人們所關注。然而從合金化技術角度而言，由于PC與PP的結構和性質相差較大，其合金的制備存在著較大的難度，國內外對這一體系的研究，特別是針對低分子量PC基體展開的研究還十分有限[1,2]。本課題以低分子量PC為基體，選擇PC/PP這一具有典型代表意義的共混體系為研究對象，采用熔融共混法制備了PC/PP合金，并對該不相容體系的界面作用與增容原理、損傷機制與增韌機理，形態結構與性能等進行了研究。典型合金材料的機械性能和形態結構分別如表1和圖1所示。
本研究用主要原材料PC，牌號H－4000，由日本三菱工程塑料公司提供；PP，牌號340，盤錦天然氣化工廠制造。增容劑自制，協同增韌劑為市售。
實驗結果表明，幾種合金材料的加工流動性能良好，在保持一定拉伸強度的情況下，材料的缺口沖擊強度得到了不同程度的提高。總體來看，雙組分接枝增容劑的增容效果優于單組分接枝物，加有協同增韌劑體系的力學性能最佳。我們認為，本研究所制備的增容劑在體系中的作用有二：其一是對分散相形成界面包覆，其二是通過其所含的功能性基團與PC的端羥基發生化學反應以加強界面作用力。由于雙組分接枝增容劑的接枝率及接枝效率高于單組分接枝增容劑[3]，致使其界面作用效果提高，從圖1的SEM照片也可以看出，2號樣的分散相粒子不僅粗大，而且分布不勻，表明其界面張力較大；而3號樣的分散相粒子明顯細化，且分布均勻，說明其界面張力已明顯降低。小而均勻的粒子形態不僅有利于應力的分布和分散，同時其表面積的增加導致其界面脫粘也需要消耗較多的能量，故在同等條件下，材料的耐沖擊性能顯著提高。協同增韌劑在本體系中的主要作用是進一步降低界面能，促進多相體系的界面相容。如圖1中4號樣的SEM照片所示，由于協同增韌劑的加入，體系的界面能進一步降低，分散相粒子的形狀已由球形轉變為橢球及類纖維形，這種結構使得粒子在受力時除了界面脫粘外受到了更多的牽伸，也就消耗了更多的能量。從實驗數據可知，適量協同增韌劑的加入可使材料的沖擊和拉伸性能得以同步提高。在多數試樣的拉伸測試中，我們都觀察到了明顯的屈服現象，故推測材料的損傷機制應為分散相應力分散，界面脫粘，粒子牽伸以及基體應力屈服等多種因素的綜合作用。
參考文獻
[1] 日本出光石油化學公司，聚碳酸酯應用技術發展報告，2003
[2] 陽范文，趙耀明，聚碳酸酯合金的研究現狀及發展趨勢，中國塑料，2001，15（3）：27
[3] 陳年歡，謝續明，李松，多組分單體熔融接枝聚丙烯及其性能研究，功能高分子學報，1998，11（1）：111
論文來源:2004年全國高分子材料科學與工程研討會論文集
