低分子量聚碳酸酯/聚丙烯合金材料的研究
时间:2005-09-27
温变英 于建 马泽仁
（清华大学化工系高分子研究所，北京，100084）
近年来，随着世界电子工业和其它制造业对薄壁、长流程制品需求的增长，低分子量聚碳酸酯（PC）走俏市场。然而，随着分子量的降低，PC材料在流动性显著提高的同时，其宝贵的耐冲击韧性却大幅下降。例如，通用级PC的缺口冲击强度值一般在600J/m以上，而低分子量PC的缺口冲击强度值只有几个J/m，故如何保证材料在保持足够流动性的前提下，大幅度地提高其冲击韧性，就成为摆在我们面前的一项重要课题。此外，再生利用以PC光盘等为代表的低分子量制品和一般分子量PC制品废料（其分子量已有较大幅度的下降），对节约资源、保护环境也都具有十分重要的现实意义。因此，采用各种技术对低分子量PC进行合理的改性以提高其物理机械性能，尤其是改善其冲击韧性，就显得十分重要与迫切，其中合金化方法因经济实用而被广泛采用。在为数不少的PC合金中，PC/PP合金因其价格成本低廉、适用面广泛，在将来的应用上将具有一定的优势，一直为人们所关注。然而从合金化技术角度而言，由于PC与PP的结构和性质相差较大，其合金的制备存在着较大的难度，国内外对这一体系的研究，特别是针对低分子量PC基体展开的研究还十分有限[1,2]。本课题以低分子量PC为基体，选择PC/PP这一具有典型代表意义的共混体系为研究对象，采用熔融共混法制备了PC/PP合金，并对该不相容体系的界面作用与增容原理、损伤机制与增韧机理，形态结构与性能等进行了研究。典型合金材料的机械性能和形态结构分别如表1和图1所示。
本研究用主要原材料PC，牌号H－4000，由日本三菱工程塑料公司提供；PP，牌号340，盘锦天然气化工厂制造。增容剂自制，协同增韧剂为市售。
实验结果表明，几种合金材料的加工流动性能良好，在保持一定拉伸强度的情况下，材料的缺口冲击强度得到了不同程度的提高。总体来看，双组分接枝增容剂的增容效果优于单组分接枝物，加有协同增韧剂体系的力学性能最佳。我们认为，本研究所制备的增容剂在体系中的作用有二：其一是对分散相形成界面包覆，其二是通过其所含的功能性基团与PC的端羟基发生化学反应以加强界面作用力。由于双组分接枝增容剂的接枝率及接枝效率高于单组分接枝增容剂[3]，致使其界面作用效果提高，从图1的SEM照片也可以看出，2号样的分散相粒子不仅粗大，而且分布不匀，表明其界面张力较大；而3号样的分散相粒子明显细化，且分布均匀，说明其界面张力已明显降低。小而均匀的粒子形态不仅有利于应力的分布和分散，同时其表面积的增加导致其界面脱粘也需要消耗较多的能量，故在同等条件下，材料的耐冲击性能显著提高。协同增韧剂在本体系中的主要作用是进一步降低界面能，促进多相体系的界面相容。如图1中4号样的SEM照片所示，由于协同增韧剂的加入，体系的界面能进一步降低，分散相粒子的形状已由球形转变为椭球及类纤维形，这种结构使得粒子在受力时除了界面脱粘外受到了更多的牵伸，也就消耗了更多的能量。从实验数据可知，适量协同增韧剂的加入可使材料的冲击和拉伸性能得以同步提高。在多数试样的拉伸测试中，我们都观察到了明显的屈服现象，故推测材料的损伤机制应为分散相应力分散，界面脱粘，粒子牵伸以及基体应力屈服等多种因素的综合作用。
参考文献
[1] 日本出光石油化学公司，聚碳酸酯应用技术发展报告，2003
[2] 阳范文，赵耀明，聚碳酸酯合金的研究现状及发展趋势，中国塑料，2001，15（3）：27
[3] 陈年欢，谢续明，李松，多组分单体熔融接枝聚丙烯及其性能研究，功能高分子学报，1998，11（1）：111
论文来源:2004年全国高分子材料科学与工程研讨会论文集
