唐若谷

(1.青島長峰塑料有限公司 山東青島 266042；2.馬薩諸塞大學洛厄爾分?；瘜W系 美國 01854)

聚碳酸酯（PC）是一種應用極其廣泛的工程塑料，具有較好的機械強度，但也存在需要較高加工溫度的缺陷[1-3]，故在工業(yè)上常與丙烯腈-苯乙烯-丁二烯樹脂（ABS）共混形成PC/ABS共混物[4-7]。目前有關PC/ABS以及衍生物已有較為廣泛的應用和研究，但是有關基于ABS樹脂的苯乙烯-丁二烯-苯乙烯熱塑性彈性體（SBS）和聚碳酸酯的二元和多元共混物的報道相對較少。與ABS樹脂相比，SBS熱塑性彈性體去除了丙烯腈成分，提高了苯乙烯成分，故拉伸強度、韌性、耐化學性和相容性較好，有較大的研究和應用潛力。

本研究著重于聚碳酸酯和苯乙烯-丁二烯-苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯共混物的制備與表征，通過擠出成型和注射成型制備了一系列PC/SBS和PC/SBS/PMMA共混物，并測試了其力學和熱力學性能，研究了共混物的成分和組成比例對共混物力學和熱力學性能的影響。

1 實驗部分

1.1 材料與設備

原材料：聚碳酸酯，苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物，聚甲基丙烯酸甲酯。

設備：鼓風型恒溫恒濕干燥箱、雙螺桿擠出機、雙螺桿注塑機、智能電子拉力試驗機、（擺錘型）簡支梁沖擊試驗機、邵氏D型硬度計、掃描電鏡。

1.2 共混物的配方設計

PC/SBS和PC/SBS/PMMA共混物的配方設計如表1所示。

1.3 共混物的制備

本實驗中采用擠出成型對共混物進行造粒，并通過注射成型制備標準樣品。具體加工步驟如下。

（1）干燥：所有原料均置于恒溫恒濕干燥箱內，95℃下烘干4h。

（2）造粒：采用雙螺桿擠出機造粒，擠出機的機頭溫度250℃，熔體溫度230℃，一區(qū)溫度235℃，二區(qū)溫度238℃，三區(qū)溫度245℃，四區(qū)溫度250℃。

（3）注塑：采用雙螺桿注射機成型，注射機的機頭溫度為260℃～270℃，一區(qū)溫度為240℃～250℃，二區(qū)溫度為245℃～255℃，三區(qū)溫度為248℃～260℃，四區(qū)溫度為250℃～265℃，模具溫度95℃，注射壓力10.5MPa，保壓壓力11.5MPa，持續(xù)保壓15s。

1.4 共混物的性能表征

拉伸強度測試：按照GB/T 1040.1-2006標準進行測試，采用1A型試樣，保持拉伸速率為60mm/min；

邵氏D硬度測試：按照GB/T 2411-2008標準進行測試，測試15s后讀數(shù)；

彎曲強度測試：按照GB/T 9341-2008標準進行測試，保持彎曲速率2mm/min；

簡支梁缺口沖擊強度測試：按照GB/T 1043.1-2008標準進行測試，采用A型缺口的1型試樣，沖擊方式為側向沖擊，擺錘沖擊能量為7.5J，對純PC，PC/SBS（80:20），PC/SBS（80:20:10）試樣的沖擊斷面分別進行掃描電鏡觀察；

表1 不同配比的PC/SBS和PC/SBS/PMMA共混物 （單位：g）

表2 PC/SBS和PC/SBS/PMMA的力學性能

表3 PC/SBS和PC/SBS/PMMA的熱學性能（單位：℃）

維卡軟化點測試：按照GB/T 1633-2000標準進行測試，保持升溫速率為120℃/h，保持負荷為10N；

熱重分析：按照GB/T 27761-2011標準進行測試，測試溫度包括起始分解溫度和50%分解溫度；

差示掃描量熱法（DSC）：按照GB/T 13464-92標準進行測試，控制升溫/降溫速率為20℃/min。

2 結果與討論

本實驗采用了擠出成型和注射成型兩種方式[8]。目前工業(yè)上應用的較多的是芳香族雙酚A型聚碳酸酯，分子鏈中含有苯環(huán)，故分子鏈剛性較大，導致聚碳酸酯的黏度-溫度敏感性要大于黏度-剪切速率敏感性，因此適度提高加工溫度可以有效降低其黏度。另一方面，聚碳酸酯剛性較大導致其玻璃化轉變溫度正好處在加工溫度區(qū)間范圍內，因此在加工過程中的快速升溫-降溫過程有可能使聚碳酸酯反復處在玻璃態(tài)-高彈態(tài)-玻璃態(tài)轉變中，當聚碳酸酯分子鏈的鏈段開始運動后又來不及松弛便被凍結時，分子鏈會迅速產(chǎn)生較大的內應力，造成產(chǎn)品加工困難，因此本實驗中在保證樣品穩(wěn)定和設備安全的前提下，盡可能地提高熔體溫度和模具溫度。此外，為保證避免在加工中水分會引起聚碳酸酯酯基的降解，所有原料須在加工前充分干燥。

圖1為PC、PC/SBS和PC/SBS/PMMA和掃描電鏡照片，圖像表明純碳酸酯表面的形貌均一，PC/SBS共混物的表面分布較為均勻，表明PC和SBS相容性較好，這與兩者之間的表面張力差異不大有關，也證明SBS具有較好的相容性。而對于PC/SBS/PMMA三元共混物而言，由于組分過多導致出現(xiàn)相分離的“海/島”結構。

圖1 掃描電鏡圖片

圖2 DSC曲線

圖2為PC、PC/SBS和PC/SBS/PMMA的DSC曲線，從中可以發(fā)現(xiàn)二元共混物的吸熱峰比純聚碳酸酯的略高，說明其玻璃化溫度比純聚碳酸酯有略微提升，而三元共混物則出現(xiàn)兩個吸熱峰，表明三元共混物中已出現(xiàn)相分離且有兩個不同的玻璃化轉變溫度。

表2為PC/SBS和PC/SBS/PMMA共混物的力學性能。結果表明，隨著SBS的加入，產(chǎn)品的各項力學性能均有不同程度的提升，但SBS對共混物力學性能的提升來自于不同方面：（1）SBS的苯乙烯成分較高，剛性較大，因此能提升共混物的拉伸強度和彎曲強度；（2）SBS含有丁二烯（能提供雙鍵）成分，因此SBS可作為一種彈性體提升共混物的沖擊強度；（3）SBS兼具樹脂和彈性體的特性，因此它與聚碳酸酯的相容性較好，故加入SBS后共混物的均一性并未受到嚴重破壞，但當SBS用量過大時各項力學性能略有降低，這可能是由于過多的SBS會形成團聚并單獨形成一相，導致共混物的均一性有所下降。對PC/SBS/PMMA三元共混物而言，加入PMMA后共混物的沖擊強度能得到明顯提高，而拉伸強度、彎曲強度和邵氏D硬度較純PC有所提升，但較PC/SBS而言略有下降，這是由于PMMA本身機械強度尤其是抗沖擊強度較為優(yōu)良，但如果共混體系內組分過多，會破壞體系的均一性導致力學性能有所降低。

表3為PC共混物的熱學性能，結果表明絕大多數(shù)情況下SBS和PMMA的加入會降低體系的熱力學穩(wěn)定性，除了因為共混后體系均一性下降外，SBS中的丁二烯鏈段對熱氧較為敏感，在高溫下容易首先裂解。只有當SBS含量較低時，共混物的熱分解溫度略有提升，因為此時SBS與PC有較好的相容性，且少量剛性的苯乙烯能提升共混物的耐熱性。

3 結語

本文制備了PC/SBS和PC/SBS/PMMA共混物并研究了其結構與力學和熱學性能。多項實驗結果表明，SBS具有一定的相容性，若能和聚碳酸酯以適當?shù)谋壤不煊兄谔岣弋a(chǎn)品的力學和熱力學穩(wěn)定性能，且共混體系的組分和比例對材料的性能有較大影響，在實際生產(chǎn)中需引起足夠重視。