耐化学高抗冲PC/PBT合金的制备

钱志国，尹继磊，李正梅，钱毅，孙洁，郭雪山，毕立，边策，王海强（.北京市化学工业研究院，北京 00080； .北京市高分子材料质量监督检验站，北京 00080；.北京科方创业科技企业孵化器有限公司，北京 00080）



耐化学高抗冲PC/PBT合金的制备

钱志国1，尹继磊1，李正梅1，钱毅1，孙洁2，郭雪山2，毕立3，边策3，王海强1
（1.北京市化学工业研究院，北京 100080； 2.北京市高分子材料质量监督检验站，北京 100080；3.北京科方创业科技企业孵化器有限公司，北京 100080）

摘要：通过熔融挤出共混制备了一系列不同质量比的聚碳酸酯（PC）/聚对苯二甲酸丁二酯（PBT）合金，研究了PC/PBT共混比对合金力学性能、负载热变形温度、耐溶剂性能的影响。结果表明当PC/PBT共混比为60/40时，制品的综合性能较好。在此基础上，研究了增韧剂品种及用量变化对合金力学性能、耐热性的影响。

关键词：聚碳酸酯；聚对苯二甲酸丁二酯；增韧改性

聚碳酸酯（PC）为无定形聚合物，其突出特点是抗冲击性和抗蠕变性高，尺寸稳定性好，同时具有良好的耐寒性；然而PC同样存在诸多缺点［1］，如流动性差而难以加工成薄壁制件，易发生应力开裂，耐溶剂和耐磨性均较差等，要想制得符合实际应用的塑料品，对其进行性能改进是非常有必要的。聚对苯二甲酸丁二酯（PBT）为结晶性热塑性树脂，耐蠕变性能优异，耐油性好，对醇类、醚类、高分子量的酯类、脂肪烃等稳定，有很强的耐应力开裂性。将PC 与PBT共混，既可够弥补PC耐化学药品性、成型加工性和耐磨性的不足，同时又能克服PBT耐热性差、缺口冲击强度不高的缺点［2-6］。实验证明，PC/ PBT合金可用于汽车保险杠、车身板及其它各种器械的板件等［7-8］。笔者探讨了PC/PBT共混比及增韧剂对合金性能的影响。

1 实验部分

1.1 实验原料

PC：2805，Bayer 公司；

PBT：1100-211，台湾长春企业集团；

甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯三元共聚物（MBS）：EM500，LG公司；

含甲基丙烯酸缩水甘油酯官能团的烯烃类弹性体：ST-2000，星贝达（北京）化工材料有限公司；

乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯无规三元共聚物：AX8900，阿克玛公司；

乙烯丙烯酸丁酯共聚物（PTW）：美国杜邦公司。

1.2 仪器及设备

鼓风干燥箱：101A-4型，北京中兴伟业仪器有限公司；

双螺杆挤出机：TSE-40D/600-30-40型，南京瑞亚挤出机械制造有限公司；

注塑机：EM80-SVP/2型，震德塑料机械有限公司；

热变形维卡测定仪：ZKW1302-B型，美特斯工业系统（中国）有限公司；

电子万能试验机：CMT6104型，美特斯工业系统（中国）有限公司；

摆锤冲击试验机：ZBC7151-B型，美特斯工业系统（中国）有限公司；

熔体流动速率（MFR）测试仪：XNR400A型，承德市金建检测仪器有限公司；

扫描电子显微镜：KYKY2800型，北京中科科仪股份有限公司。

1.3 试样制备

将PC，PBT在120℃下鼓风干燥4 h，与干燥的增韧剂及稳定剂按一定配比称量、混合后，加入双螺杆挤出机进行挤出共混，共混温度为250℃，螺杆转速为200 r/min，挤出样条水冷后切粒。粒料在120℃干燥4 h，然后注射成型，制成标准试验样条，注塑温度为250℃，注塑压力为20 MPa。所有样条在进行各项测试分析前，先在室温环境下放置24 h以上，以使试样状态完全达到平衡。

1.4 性能测试

拉伸性能按ISO 527-1：2012采用电子万能试验机进行测试，拉伸速率为50 mm/min；

弯曲强度按ISO 178：2010采用电子万能试验机进行测试，加载速率2 mm/min；

缺口冲击强度按ISO 179/1eA：2001采用摆锤冲击试验机进行测试，哑铃型样条，分别在室温（23℃）和低温（-30℃）测试；

MFR按GB/T 3682-2000测定，250℃，5 kg；

热变形温度按ISO 75/A：2013采用热变形维卡测定仪测试，负荷1.8 MPa。

每组样品测试5次，结果取平均值。

2 结果与讨论

2.1 PC/PBT共混比对合金力学性能的影响

选取PC/PBT共混比分别为20/80，30/70，40/60，50/50，60/40，70/30，80/20，考察其对合金力学性能的影响，结果见图1、图2。

图1 PC/PBT共混比对合金拉伸、弯曲强度的影响

图2 PC/PBT共混比对合金室温、低温缺口冲击强度的影响

从图1可以看出，随着PC在共混体系中的含量增加，合金的拉伸强度、弯曲强度也随之增大，这主要由于PC的韧性好并且其拉伸弹性模量要高于PBT所致。

从图2可以看出，随着PC含量的提高，室温缺口冲击强度呈下降趋势，低温缺口冲击强度呈明显的升高趋势。PC/PBT共混比在20/80左右时，缺口冲击强度有一个最高值，该现象的产生可能与相分离行为有关，当PC含量较低时，相分离行为占据主要地位，PC在共混合金中作为应力集中点，起到了增强作用［9］。

2.2 PC/PBT共混比对合金耐热温度的影响

图3示出PC/PBT共混比对合金负载热变形温度的影响。从图3可以看出，随着PC含量的升高，合金的热变形温度升高。这可能是由于PC本身的热变形温度高于PBT，因此当PC含量增加时，合金的热变形温度随之升高。

图3 PC/PBT共混比对合金负载热变形温度的影响

2.3 PC/PBT共混比对合金耐化学药品性的影响

将带缺口的冲击样条在室温放置24 h，再浸入到二甲苯溶剂中，24 h后取出，用自来水冲洗干净，晾干后进行拍照，结果见图4。从照片中试样的裂纹程度可以看出，随着合金中PC比例的增加，耐溶剂性能下降。要想获得耐溶剂性能好的PC/PBT合金，PC/PBT的共混比应该在60/40左右。

2.4 增韧剂对PC/PBT合金性能的影响

（1）增韧剂品种的影响。

图4 耐化学药品性试验结果

固定PC/PBT共混比为60/40，总量为100份，分别加入不同的增韧剂，用量为10份，在双螺杆挤出机上挤出造粒，然后测试力学性能及MFR，结果见表1。

表1 增韧剂品种对力学性能及MFR的影响

从表1可以看出，加入增韧剂后，合金的拉伸强度及弯曲强度降低，但室温、低温缺口冲击强度明显提高；室温冲击强度提高了5～6倍，低温缺口冲击强度提高了2～3倍。AX8900，ST-2000，PTW三种增韧剂有相似的增韧效果，加入后合金的MFR降低，这可能是由于这三种增韧剂都含有甲基丙烯酸缩水甘油酯（GMA），其中含有一定量易反应的环氧基团，而PBT分子中的端羧基或端羟基在环氧基团存在条件下不稳定，所形成的丙烯酸酯可以降低界面张力，提高合金的界面相容性，改善韧性；然而，加入增韧剂后，PBT/PC合金熔体的分子间作用力随之增加，分子链间相对移动难度增加，导致其MFR下降［10-13］。在要求流动性能好、冲击强度高的制品里，AX8900，ST-2000，PTW三种增韧剂不能单独使用，配合其它增韧剂协同作用，以期获得良好的流动性和韧性。而MBS增韧剂对PC/PBT合金既有较好的增韧效果，又能保持较高的熔体流动性。

（2） MBS用量的影响。

固定PC/PBT的比例为60/40，总量为100份，采用MBS增韧剂，考察其用量对合金力学性能及耐热性的影响，结果见表2。

由表2可以看出，当MBS用量增加时，拉伸和弯曲强度大幅度下降，这是因为MBS本身的拉伸弹性模量较低，其用量增加势必会降低主体强度。低温缺口冲击强度明显提高，因为MBS的壳层甲基丙烯酸甲酯与主体材料的溶解度参数相近，因而具有界面粘接作用。随着MBS用量增大，热变形温度降低，这是由于MBS的耐热性较差，从而使共混体系的热变形温度下降［14-15］。

表2 MBS用量对合金力学性能及耐热性的影响

3 结论

（1）随着PC/PBT合金中PC含量的增加，拉伸强度、弯曲强度、热变形温度都有所提高，缺口冲击强度先提高后降低，耐溶剂性能下降。要获得综合性能较好的合金，PC/PBT共混比应该控制在60/ 40左右。

（2）在PC/PBT合金体系中加入含有甲基丙烯酸缩水甘油酯的增韧剂品种，提高了体系的韧性和冲击强度，但MFR降低。

（3）随着增韧剂MBS用量的增加，PC/PBT合金的缺口冲击强度明显提高，而拉伸强度、弯曲强度、热变形温度降低。

参 考 文 献

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联系人：钱志国，博士，主要研究方向为高分子材料合成、工程塑料改性以及精细化学品合成

Preparation of Chemical Resistant and High Impact PC/PBT Alloys

Qian Zhiguo1， Yin Jilei1， Li Zhengmei1， Qian Yi1， Sun Jie2， Guo Xueshan2， Bi Li3， Bian Ce3， Wang Haiqiang1
（1.Beijing Chemical Industry Research Institute， Beijing 100080， China； 2.Beijing Station of Polymer Materials Quality Supervision and Inspection ，Beijing 100080， China； 3.Beijing Co-Foung High-Tech Incubator Co. Ltd.， Beijing 100080， China）

Abstract：A series of PC/PBT alloys with different proportions were prepared by melt extrusion blending process.The effects of the ratio of the components on the mechanical properties，load thermal deformation temperature and solvent resistance of the alloys were investigated.Results showed that the PC/PBT alloy with a ratio of 64/40 exhibited better combined properties.Based on it，the effects of the choice and dosage of toughening agents on the mechanical properties and heat resistance of the PC/PBT alloys were also studied.

Keywords：PC；PBT；toughening modification

中图分类号：TQ32

文献标识码：A

文章编号：1001-3539（2016）01-0049-04

doi:10.3969/j.issn.1001-3539.2016.01.011

收稿日期：2015-10-12