PC/PBT共混体系相容性及其性能的研究贵州工业大学材料中心(550003)贵州省材料技术创新基地(550003)李宏于杰罗筑何力摘要:根据相容性理论,自制了几种PC与PBT的相容剂,讨论了相容剂对PC/PBT共混物力学性能的影响。研究表明:加入相容剂改善了PBT与PC两相间的相容性,共混体系力学性能得到提高。通过红外光谱分析得知,PBT与PC之间的酯交换反应促进了PBT/PC共混体系的相容性。关键词:聚对苯二甲酸丁二醇酯聚碳酸酯共混物酯交换反应强度韧性相容性StudyontheCompatibilityandPropertyofPBT/PCBlendsLiHongYuJieLuoZhuHeLiAbstract:Accordingtothecompatibilitytheory,severalcompatibilizersweremade.Effectsofcompatibilizersonthemechanicalpropertyandthecompatibilityoftheblendswerestudied.ResultsshowedcompatibilizersinthePBT/PCblendsenhancedthecompatibilitybetweentwophas2es,sothemechanicalpropertywasimproved.ByusingIRinstrument,thetransesterificationcanacceleratethemiscibility.Keywords:PBT;PC;blends;transesterification;strength;toughness;compatibility聚碳酸酯(PC)是一种线性的几乎无色的玻璃态无定型聚合物,双酚A型PC是最重要的工业产品,是五大工程塑料之一,碳酸酯基团赋予高的韧性和耐用性,双酚A基团赋予高的耐热性。同时PC又有很好的光学性能。但是PC的分子键中含有大量的苯环,分子刚性较大,空间位阻大,故熔融温度较高,加工困难,难于制得大型薄壁产品,制品残余应力大,易于发生应力开裂。PC还有一个主要缺陷是耐水解稳定性不够高,对缺口敏感,耐划痕性较差,长期受紫外线照射会发黄;和其他无定型树脂一样,PC易受某些溶剂的侵蚀。虽然它可以耐果酸,脂肪烃,醇的水溶液和强电池酸,但可以溶解在含氯的有机溶剂中,与丙酮,甲乙酮等酮类溶剂接触时也会发生应力开裂现象,这些都使PC在实际应用中受到限添加相容剂和形成嵌段共聚物来改善共混聚合物的两相界面状态,利用PC与PBT酯交换反应的共聚物作为PC和PBT的相容剂再加入到PC、PBT中,研究PC/PBT共混体系的各力学性能和相容性与相容剂和PC、PBT酯交换反应程度的关系。1实验部分1.1主要原料聚碳酸酯(PC):重庆长风化工厂生产,中粘度。聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT):美国GE公司生产,中粘度。催化剂:(a)三氧化二锑(Sb2O3):市售;(b)二氧化钛(TiO2):上海精化科技研究所,含量≥99.0%;制1。PBT是一种结晶速度快的热塑性工程材料,易于实现高速成型,具有优异的耐溶剂性,但其玻璃化温度低,制品成型收缩率较大,存在着缺口冲击强度低,高温下刚性不足等缺点。因此将PBT和PC共混改性,可以实现优势互补,克服PC耐化学药品性差,成型加工困难等缺点,又弥补了PBT耐热性差,冲击性能不高,成型收缩率大等不足。PBT为结晶聚合物,而PC为非晶聚合物,因此PBT/PC属典型的结晶与非晶聚合物共混体系,其界面粘结不良2,冲击强度低,再者PC与PBT的分子链的柔顺性差,根据目前的增容措施,可以加入第三组份改进相容性,以提高共混物的力学性能。关于相容剂对PBT/PC共混体系性能影响已有一些研究报道,但多数是PBT、PC以外的接枝共混物作为相容剂,如酸酐接枝PS、橡胶接枝PS。本试验结合两种增容方法———(c)对甲苯磺酸:广东汕头市西陇化工厂,含量≥99.0%。磷酸三苯酯:上海彭浦化工厂生产。1.2设备双螺杆挤出机TSE-40:南京瑞亚高聚物装备有限公司;注塑机CJ80MZ-NCⅡ:广东震德塑料机械有限公司;INSTRON8501型电液伺服材料实验机:英国;XJJ-50型简支梁冲击试验机:承德实验机厂;红外光谱仪:美国Nicolet750型傅立叶变换红外光谱分析仪。1.3实验方法作者简介:李宏,女,贵州工业大学材料中心硕士研究生。收稿日期:2004-5-26现代机械2004年第4期²74²1.3.1实验步骤(a)利用PC与PBT在一定条件下共混产生酯交换反应,制得PC和PBT的相容剂:将PC与PBT以及催化剂按比例(见表1)在双螺杆挤出机进行熔融共混,造粒,得到PC与PBT酯交换反应产物;(b)再将制得的PC与PBT酯交换反应产物粒料作为相容剂与PC、PBT共混二次造粒,每组样品均加入磷酸三苯酯(TPP)抑制酯交换反应(第二步不希望产生酯交换反应,因为酯交换反应结果使PC、PBT断链后分子量下降,各种性能随之下降),用注塑方法制备样条。1.3.2工艺参数第一段加热温度:220℃;第二段加热温度:230℃;第三段加热温度:235℃;第四段加热温度:240℃;第五段加热温度:245℃;第六段加热温度 :245 ℃;
第七段加热温度 :250 ℃;
第八段加热温度 :250 ℃;
机头温度 : 245 ℃。
所有的挤出注塑粒料都在烤箱中干燥注塑: 粒料干燥温
度为 100°C ,保温时间为 :12h 。
注塑机及其设定参数如下 :
型号 : CJM80MII 型注塑机 震德机械厂 ;
注塑机机段温度为 :220 ℃/ 250 ℃/ 250 ℃;
填充时间 :5s 溶胶时间 :4s
冷却时间 :40s 保压时间 :8s
在注塑机上制得标准试样条 。
1 . 3 . 3 性能测试与表征
机械力学性能测试 :每组样品测试 5 次 ,结果取平均值 。
²拉伸强度测试
将制得的哑铃型样条直接在 INSTRON8501 型材料试验机
上进行拉伸力学性能测试 ,拉伸速度为 10mm/ min ,拉伸强度
单位 MPa 。
²冲击强度测试
仪器型号 : XJJ - 50 型简支梁冲击试验机 承德试验机厂
依照国标 GB1043 - 70 ,将注塑制得的哑铃型样条制成长
为 55 ±1mm、宽为 10 ±0. 2mm、厚为 4. 0 ±0. 2mm 的样条 。在
ZHY - W 型万能制样机上制得缺口试样 ,缺口深为样厚的1/ 3
的标准方缺口试样 。另外还保留无缺口样条 ,进行无缺口冲
击测试 。
缺口冲击强度 σn ( kJ / m
2
) 和无缺口冲击强度 σ0 ( kJ / m
2
) 分
别按 σn = A n/ ( bdn) 和 σ0 = A0/ ( bd0 ) 计算 , 其中 , A n :缺口冲击
强度所消耗的功 ( kJ / m
2
) , A
0
: 无缺口冲击强度所消耗的功
( kJ / m
2
) , b 为试样宽度 ( m) , dn 为缺口试样缺口处剩余厚度
(m) , d0 为无缺口试样厚度(m) 。
²红外光谱测试
仪器型号 : 美国 Nicolet750 型傅立叶变换红外光谱分析
仪 。
1. 4 共混样品的制备
1. 4 . 1 制作相容剂 (A 组试样)
表 1 相容剂成分
编
号 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7
成
分
PC (份)
PBT(份)
Sb2O3 (g)
TiO2 (g)
对甲苯磺酸 (g)
50
50
50
50
1
50
50
10
50
50
50
50
50
50
50
50
2 6
4 8
1 . 4 . 2 共混 ( C 组试样) ( 每组均价磷酸三苯酯 TP3P0
表 2 PC/ PBT 共混体系成分
编
号 C0 C1 C2 C3 C4 C5 C6 C7
成
分
PC (份)
PBT( 份)
A1 ( 份)
A2 ( 份)
A3 ( 份)
A4 ( 份)
A5 ( 份)
A6 (份)
65
35
65
35
10
65
35
65
35
65
35
65
35
65
35
65
35
10
10
10
10
10
A7 (份) 10
2 结果与讨论
2. 1 相容剂的酯交换反应
PC、PBT 在熔融共混时会发生酯交换反应 ,PBT 生产过程
中残余的 Ti 催化剂对 PC、PBT 之间的酯交换反映又起到催
化作用 , 主要发生的是直接的酯交换反应生成嵌段共聚
酯
5
。
中青年学者专栏
²75 ²
表 3 是用作对比的纯 PC、纯 PBT 的力学性能 ,表 4 是相
容剂 A1 ～A7 的力学性能 ,表 5 是共混体系 C1 ～C7 的力学性
能 。
表 3 纯 PC ,纯 PBT 力学性能
方缺口冲无缺口冲
拉伸强度
(MPa)
延伸率 拉伸模量 弯曲强度
(MPa)
击强度
( kJ / m
2
)
击强度
( kJ / m
2
)
( %) (MPa)
PC( 中粘) 62. 32 116. 37
4. 08
1215
4763 . 7
108. 8
144. 9
105. 53
9. 67
367. 35
32. 1 PBT( 中粘) 75
现代机械 2004 年第 4 期
²76 ²
11. 76 % 。
拉伸模量 ———PC/ PBT 共混体系 ( C0 ～C7 ) 比起纯 PC 均
有所提高 , C2 ～C7 比 C0 组高 。
弯曲强度 : 有催化剂的相容剂 (A2 ～A7 ) 加入 PBT/ PC 共
2. 2 相容剂力学性能
表 4 相容剂力学性能
方缺口冲
击强度
( kJ / m
2
)
无缺口冲
击强度
( kJ / m
2
)
拉伸强度
(MPa)
延伸率
( %)
拉伸模量 弯曲强度
(MPa) (MPa)
混体系中体系 ( C ～C ) 的弯曲强度比纯的 PC 最高可提高将
2 7
A1
A2
A3
A4
A5
A6
A7
61. 03
38 . 055
56. 21
69. 31
75. 94
30. 31
40. 66
11 . 22
3 . 427
9 . 005
12 . 63
9 . 272
2 . 411
4 . 78
1249. 5
1408. 5
1137
1362
1346. 5
1527
1444
