碳材料改性聚碳酸酯及其共混物的研究进展

曹琳，张光正，贺子芹，杜崇铭,，林湖彬,，朱建一，王玉海，林志丹

（1.惠州市昌亿科技股份有限公司，广东 惠州 516227；2.暨南大学，广东 广州 510632；3. 华南师范大学，广东 广州 510631）

碳材料改性聚碳酸酯及其共混物的研究进展

曹琳2，张光正2，贺子芹2，杜崇铭1,2，林湖彬1,2，朱建一1，王玉海3，林志丹2

（1.惠州市昌亿科技股份有限公司，广东 惠州 516227；2.暨南大学，广东 广州 510632；3. 华南师范大学，广东 广州 510631）

聚碳酸酯及其共混物，由于其综合性能的优越，应用领域在不断扩大，在国内外占重要地位。而近年来随着更多新型碳材料的出现，利用碳材料改性高分子材料的研究也越来越多。本文将从碳材料改性聚碳酸酯及其共混物的的力学、分布状态、电学、电磁屏蔽和热性能五个方面介绍一下改性技术的进展。

碳材料；聚碳酸酯；改性

聚碳酸酯（PC）是一种综合性能优良的热塑性工程材料，因其主链由柔软的碳酸酯链与刚性的苯环相连接，使之具有良好的电绝缘性能、抗冲击性能、较宽的使用温度范围、良好的尺寸稳定性，广泛应用于电子、电器、汽车工业、机械制造、包装材料、医疗器械和日用品等方面［1］。但聚碳酸酯存在着熔体黏度大、加工成型困难且流动性差、容易产生应力开裂、耐溶剂性差和易降解等缺点，实际生产中常常用添加其他物质来改善其力学性能及其他性能，以扩大其应用领域。近年来，碳材料不仅仅是一种传统的而且也是现代的碳材料，并且研究内容及应用范围都非常广泛。20世纪，随着工农业的发展，特别是50年代美苏两国对太空开发的激烈竞争，促进了碳材料惊人的大发展，特别是石墨烯、碳纳米管和金刚石的出现，更是标志着碳科学的巨大进展［2-3］。

碳材料改性聚碳酸酯及其共混物的制备是近些年来兴起的PC填充改性领域的热点之一。

1 碳材料改性聚碳酸酯及其共混物的力学性能

PC聚合物填充碳材料制备得到的复合材料在电子、集成电路包装、电磁波屏蔽等领域有较大应用前景，受到人们的广泛关注。然而，在获得其他性能的同时，碳材料组分的引入，通常都会引起聚合物力学性能的下降［4］。

张好斌［5］等人，针对添加所造成的聚碳酸酯（PC）脆性问题，提出了微泡孔增韧导电纳米复合材料的研究路线，结果表明制得的材料在导电和电磁屏蔽性能得到了保持，韧性得到了提高，比发泡前韧性提高了662%。戴兆贺［6］对在不同的拉伸比下，熔融纺丝制备得到的多壁碳纳米管改性聚碳酸酯复合材料在120℃的拉伸和蠕变特性进行了研究。研究表明，在碳纳米管含量为2 wt%时，复合材料的杨氏模量和抗蠕变性能得到了明显改善。

2 碳材料改性聚碳酸酯及其共混物的分布状态

一般来讲，材料的性能都与结构有关，填料在共混物中的分布，决定了材料的性能。因此，研究碳材料在聚碳酸酯及其共混物中的分布状态，对PC的改性研究具有重要的意义。

孙尧［7］将多壁碳纳米管添加到聚苯乙烯/聚碳酸酯、苯乙烯-丙烯晴共聚物/聚碳酸酯和甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯共聚物/聚碳酸酯3种体系中，实验观察和热力学计算的结果都表明，多壁碳纳米管选择性分散在PC相中。

3 碳材料改性聚碳酸酯及其共混物的导电性

聚碳酸酯在电子电器行业的应用越来越广泛，低压电柜的接线座、各种绝缘插座、仪表外壳和办公室自动化设备部件都可以用聚碳酸酯成型，含有炭黑的导电和阻燃聚碳酸酯可用于制造配电部件等。所以研究以PC为基体的碳材料的导电性能就显得尤为重要。

乔晋忠［8］等人，用处理过的碳纳米管，通过溶液混合法制备了多壁碳纳米管/聚碳酸酯纳米复合薄膜的导电阈值出现在碳纳米管1 ～2 wt%的范围内。

洪江彬［9］等人分别用石墨烯微片、炭黑、石墨烯微片母料为导电填料，与聚碳酸酯熔融共混制备了复合材料，研究结果表明，石墨烯微片的导电渗流阀值为9%，炭黑的渗流阀值为12%，石墨烯微片母料的渗流阀值为3%。

4 碳材料改性聚碳酸酯及其共混物的电磁屏蔽

为防止和减轻电磁波的危害，研制电磁屏蔽材料有重要的实际意义。罗成［10］等人分别以聚碳酸酯/丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物为基体，以多壁碳纳米管为主要导电材料制备填充型复合材料，该体系在多壁碳纳米管含量为2.5 ～3.0 wt%时的电磁屏蔽效能大于35 dB的复合材料，达到民用屏蔽材料的实用标准。

5 碳材料改性聚碳酸酯及其共混物的热性能

到目前为止，碳材料填充对复合材料宏观性能影响的微观机理并不是十分清楚。所以，研究碳材料的加入，对共混物的微观结构有什么样的影响，而微观结构又会如何的影响宏观性质，具有重要的意义。

闫晓丽［11］等人用三种不同的实验方法证明，多壁碳纳米管/聚碳酸酯复合材料的玻璃化转变温度（Tg）都是随着碳纳米管含量的增加而降低。

［1］ 赵文元. 聚合物材料的电学性能及其应用［M］. 化学工业出版社，2006.

［2］ 陈跃军. 炭素吸附材料吸油特性的研究［D］. 西南交通大学，2003.

［3］ 沈曾民，张文辉，张学军，等. 活性炭材料的制备与应用［M］.北京：化学工业出版社，2006.

［4］ Zhang H B，Yan Q，Zheng W G， et al.Tough graphenepolymer microcellular foams for electromagnetic interference shielding.［J］. Acs Applied Materials & Interfaces，2011，3（3）：918～24.

［5］ 张好斌，只欣，廖勇飞，等. 微泡孔增韧聚碳酸酯/碳纳米管导电纳米复合材料研究［C］. 2014年全国高分子材料科学与工程研讨会学术论文集（上册），2014.

［6］ 戴兆贺. 多壁碳纳米管——聚碳酸酯纳米复合纤维高温下蠕变行为研究［C］. 重庆大学2013复合材料力学研讨会摘要集，2013.

［7］ 孙尧，郭朝霞，于建. 多壁碳纳米管复合聚碳酸酯/苯乙烯系聚合物复合材料导电性能的研究［J］. 中国塑料，2010，第8期：17～22.

［8］ 乔晋忠，王通. 多壁碳纳米管/聚碳酸酯复合材料的制备与性能［J］. 山西化工，2012，第 2期：1～3. DOI：doi：10. 3969/j.issn. 1004～7050. 2012. 02. 001.

［9］ 洪江彬，吴敬裕，陈国华. 聚碳酸酯/石墨烯微片复合材料的制备及其导电性［J］. 塑料，2012，41（4）：1～3. DOI：doi：doi：10. 3969/j. Issn. 1001～9456. 2012. 04. 001.

［10］ 罗成，徐军，郭宝华. 碳纳米管填充聚合物基复合体系的电磁屏蔽性能［J］. 塑料，2010，06期（6）：37～40.

［11］ 闫晓丽，段培，张磊，等. 多壁碳纳米管/聚碳酸酯复合材料玻璃化转变温度的研究［J］. 中国材料进展，2015，第5期：358～362.

（P-01）

Research progress of carbon material modifi ed polycarbonate and blends

TQ323

1009-797X （2015） 22-0026-02

B DOI：10.13520/j.cnki.rpte.2015.22.009

曹琳（1993-），女，毕业于暨南大学，研究生在读，主要研究高分子材料。

2015-10-12

惠州市天鹅计划（20131226120548921）；广东大学生科技创新攀登计划（89015009）；国家大学生创新创业（201510559009）。