相容剂对PC/ABS合金力学性能的影响

PC(聚碳酸酯)是一种性能优异的工程塑料，具有冲击强度高、抗蠕变性能好、尺寸稳定性好等优点，广泛应用于电子电气、汽车工业等领域。但PC熔体的粘度大，也有加工成型困难、易应力开裂、对缺口敏感等缺点[1]。若用ABS树脂与其进行共混，可以很好地改善PC的加工性能。

PC/ABS合金兼有ABS和PC的优点，既具有良好的成型流动性能又有较高的热变形温度[2]。PC、ABS的分子链中均含有大量的苯环结构，PC的溶解度参数为39.8～41.0(J·cm-3)1/2，ABS的溶解度参数为40.2～41.9(J·cm-3)1/2，两者比较接近，说明PC与ABS具有一定的相容性[3]。但实际应用中仍然存在如性能不稳定、接缝强度低等缺陷。为了有效改善界面的相容性，提高合金材料的机械性能，最有效的办法是在共混体系中加入相容剂[4]。

作者在此研究了两种自制相容剂对PC/ABS合金共混体系的增容作用，并研究了相容剂对PC/ABS合金力学性能的影响。

1 实验

1.1 原料与设备

聚碳酸酯(PC)201-15， 美国陶氏化学公司；ABS树脂，台湾奇美实业股份有限公司；润滑剂，美国杜邦公司；抗氧剂1010和168，瑞士汽巴精化；苯乙烯/马来酸酐无规共聚物(相容剂G1)、改性马来酸酐接枝ABS(相容剂G2)，自制。

TSSJ-25/33型双螺杆挤出机， 晨光化工研究院塑料机械研究所；K-TEC 40型塑料注塑成型机，FERROMATIK MILACRON；XJU-5.5型悬臂梁冲击强度测试仪，承德市金建检测仪器有限公司；5567型万能材料试验机，美国INSTRON；CS-127型MFR测定仪，承德市精密试验机有限公司。

1.2 试样制备

分别将PC在120℃、ABS及相容剂(G1、G2)在75℃鼓风干燥箱内干燥12 h；然后将PC、ABS分别与相容剂G1和G2以一定比例混合，在挤出机上造粒。挤出机温度为210～235℃，转速为40 r·min-1。共混粒料在注塑机上制成标准试样。

1.3 性能测试

缺口冲击强度(悬臂梁)：按GB/T 1843-89进行测试。

拉伸强度：按GB/T 1040-90进行测试，测试速度50 mm·min-1。

熔体流动速率(MFR)：按GB/T 3682-1989进行测试，260℃/5.0 kg。

2 结果与讨论

2.1 PC与ABS质量比的确定

PC与ABS在一定比例范围内会有协同效应，ABS的加入降低了PC对缺口的敏感性，但是由于PC与ABS不完全相容，使合金的冲击强度有所下降。考察PC与ABS质量比对PC/ABS合金冲击强度的影响，结果见图1。

图1 PC与ABS质量比对PC/ABS合金冲击强度的影响

从图1可以看出，当PC与ABS质量比为75/25时，合金的冲击强度达到最高值。因此，选择PC与ABS质量比为75/25作为基础配方。

2.2 相容剂对PC/ABS合金冲击强度的影响

用相容剂G1和G2分别对PC/ABS合金进行改性，表1是两种相容剂的用量对共混合金冲击强度的影响。

表1 相容剂用量对PC/ABS合金缺口冲击强度的影响

从表1可以看出，随着相容剂(G1、G2)用量的增加，PC/ABS合金的冲击强度都迅速增大，分别在G1和G2用量为3%和6%处出现最大值，较未加入前提高2.78倍和2.84倍；然后又都呈现减小的趋势[5]。主要原因是马来酸酐型相容剂属于反应型相容剂，G1为苯乙烯/马来酸酐共聚物，根据文献[3]，其溶解度参数[19.0～20.5(J·cm-3)1/2]与PC溶解度参数[39.8～41.0(J·cm-3)1/2]的差别较大，相互间不具有良好的相容性，但G1能在PC和ABS两相间形成共价键，起到桥梁的作用，这就增大了两相微观界面上的结合力，从而改善了共混体系的相容性，大大提高了PC/ABS合金的冲击强度。另一方面，G1中含有活性较强的酸酐基团，它能在高温及剪切力作用下与PC发生酯交换反应[6]，因而能够明显地降低两相间的界面张力，使体系中分散相粒子明显细化，提高共混物的力学性能。而G2为改性马来酸酐接枝ABS型相容剂，它的增容作用也是由于结构中含有活性酸酐基团。与G1相比，加入G2后，合金的冲击强度提高得更多一些，这可能是由于两种相容剂分子链结构的差异，使G2在相界面处的活动能力更高一些造成的。

但是两种相容剂的添加量达到一定值时，继续增加相容剂用量反而使合金的冲击强度下降。这是由于过量相容剂中的酸酐基团能与更多的PC结合，在高温及剪切作用下引起PC的热降解，导致分子链断裂[7]，从而使合金冲击强度有所下降。

2.3 相容剂对PC/ABS合金拉伸强度与伸长率的影响(表2)

表2 相容剂用量对PC/ABS合金刚性的影响

从表2可以看出，相容剂G1使合金的伸长率提高、拉伸强度下降，这可能是由于G1为柔性材料，具有降低刚性与强度、提高伸长率的作用。而相容剂G2能同时提高合金的拉伸强度和伸长率，这可能是由于相容剂G2的活性更高一些，导致合金分子结合更加紧密，使材料表现出了更好的刚性性能。

2.4 相容剂对PC/ABS合金流动性能的影响(表3)

从表3可以看出，两种相容剂的加入都使PC/ABS合金的MFR值降低。这是因为相容剂的加入增强了两组分之间的作用力，使两者的相对滑动能力降低，从而使体系粘度增大，导致了MFR值的降低。

表3 相容剂用量对PC/ABS合金熔体流动速率的影响

3 结论

(1)两种自制相容剂G1、G2的加入都能有效提高PC/ABS合金的冲击强度，分别较未加入前提高了2.78倍和2.84倍。

(2)不同类型的相容剂具有各自的最佳加入量，G1和G2的最佳加入量分别为3%和6%，过多的相容剂反而会降低合金的性能。

(3)相容剂G1使合金的伸长率提高、拉伸强度下降；相容剂G2能同时提高合金的拉伸强度和伸长率。

(4)两种相容剂G1、G2的加入，都会增加体系的粘度，使PC/ABS合金的熔体流动速率降低。

参考文献：

[1] 戈明亮.国内聚碳酸酯/ABS合金力学性能的研究进展[J].广州化工,2005,33(3):13-15.

[2] 金敏善,李中宇,沙中英,等.ABS/PC合金最新开发进展[J].弹性体,1999,9(4):44-48.

[3] 刘建,闻荻江.PC/ABS合金研究进展[J].苏州大学学报,2002,22(2):1-6.

[4] Chiou K C,Chang F C.Reactive compatibilization of polyamide-6(PA6)/polybutylene terephthalate(PBT)blends by a multifunctional epoxy resin[J].Polymer Science,2000,38(1):23-33.

[5] Arostegui A,Nazabal J.Compatibilization of a poly(butylene tere-phthalate)/poly(ethylene octene)copolymer blends with different amounts of an epoxy resin[J].J Ploy Sci,2004,91(1):260-269.

[6] 叶锦镛.苯乙烯-马来酸酐共聚物与聚碳酸酯共混体系的研究[J].应用科学学报,1991,9(2):109-116.

[7] 王久芬,周海骏,姜丽萍.相容剂对PC/ABS合金性能的影响[J].工程塑料应用,2001,29(6):1-4