碳材料改性聚碳酸酯及其共混物的研究進展

曹琳，張光正，賀子芹，杜崇銘,，林湖彬,，朱建一，王玉海，林志丹

（1.惠州市昌億科技股份有限公司，廣東 惠州 516227；2.暨南大學，廣東 廣州 510632；3. 華南師范大學，廣東 廣州 510631）

碳材料改性聚碳酸酯及其共混物的研究進展

曹琳2，張光正2，賀子芹2，杜崇銘1,2，林湖彬1,2，朱建一1，王玉海3，林志丹2

（1.惠州市昌億科技股份有限公司，廣東 惠州 516227；2.暨南大學，廣東 廣州 510632；3. 華南師范大學，廣東 廣州 510631）

聚碳酸酯及其共混物，由于其綜合性能的優越，應用領域在不斷擴大，在國內外占重要地位。而近年來隨著更多新型碳材料的出現，利用碳材料改性高分子材料的研究也越來越多。本文將從碳材料改性聚碳酸酯及其共混物的的力學、分布狀態、電學、電磁屏蔽和熱性能五個方面介紹一下改性技術的進展。

碳材料；聚碳酸酯；改性

聚碳酸酯（PC）是一種綜合性能優良的熱塑性工程材料，因其主鏈由柔軟的碳酸酯鏈與剛性的苯環相連接，使之具有良好的電絕緣性能、抗沖擊性能、較寬的使用溫度范圍、良好的尺寸穩定性，廣泛應用于電子、電器、汽車工業、機械制造、包裝材料、醫療器械和日用品等方面［1］。但聚碳酸酯存在著熔體黏度大、加工成型困難且流動性差、容易產生應力開裂、耐溶劑性差和易降解等缺點，實際生產中常常用添加其他物質來改善其力學性能及其他性能，以擴大其應用領域。近年來，碳材料不僅僅是一種傳統的而且也是現代的碳材料，并且研究內容及應用范圍都非常廣泛。20世紀，隨著工農業的發展，特別是50年代美蘇兩國對太空開發的激烈競爭，促進了碳材料驚人的大發展，特別是石墨烯、碳納米管和金剛石的出現，更是標志著碳科學的巨大進展［2-3］。

碳材料改性聚碳酸酯及其共混物的制備是近些年來興起的PC填充改性領域的熱點之一。

1 碳材料改性聚碳酸酯及其共混物的力學性能

PC聚合物填充碳材料制備得到的復合材料在電子、集成電路包裝、電磁波屏蔽等領域有較大應用前景，受到人們的廣泛關注。然而，在獲得其他性能的同時，碳材料組分的引入，通常都會引起聚合物力學性能的下降［4］。

張好斌［5］等人，針對添加所造成的聚碳酸酯（PC）脆性問題，提出了微泡孔增韌導電納米復合材料的研究路線，結果表明制得的材料在導電和電磁屏蔽性能得到了保持，韌性得到了提高，比發泡前韌性提高了662%。戴兆賀［6］對在不同的拉伸比下，熔融紡絲制備得到的多壁碳納米管改性聚碳酸酯復合材料在120℃的拉伸和蠕變特性進行了研究。研究表明，在碳納米管含量為2 wt%時，復合材料的楊氏模量和抗蠕變性能得到了明顯改善。

2 碳材料改性聚碳酸酯及其共混物的分布狀態

一般來講，材料的性能都與結構有關，填料在共混物中的分布，決定了材料的性能。因此，研究碳材料在聚碳酸酯及其共混物中的分布狀態，對PC的改性研究具有重要的意義。

孫堯［7］將多壁碳納米管添加到聚苯乙烯/聚碳酸酯、苯乙烯-丙烯晴共聚物/聚碳酸酯和甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯共聚物/聚碳酸酯3種體系中，實驗觀察和熱力學計算的結果都表明，多壁碳納米管選擇性分散在PC相中。

3 碳材料改性聚碳酸酯及其共混物的導電性

聚碳酸酯在電子電器行業的應用越來越廣泛，低壓電柜的接線座、各種絕緣插座、儀表外殼和辦公室自動化設備部件都可以用聚碳酸酯成型，含有炭黑的導電和阻燃聚碳酸酯可用于制造配電部件等。所以研究以PC為基體的碳材料的導電性能就顯得尤為重要。

喬晉忠［8］等人，用處理過的碳納米管，通過溶液混合法制備了多壁碳納米管/聚碳酸酯納米復合薄膜的導電閾值出現在碳納米管1 ～2 wt%的范圍內。

洪江彬［9］等人分別用石墨烯微片、炭黑、石墨烯微片母料為導電填料，與聚碳酸酯熔融共混制備了復合材料，研究結果表明，石墨烯微片的導電滲流閥值為9%，炭黑的滲流閥值為12%，石墨烯微片母料的滲流閥值為3%。

4 碳材料改性聚碳酸酯及其共混物的電磁屏蔽

為防止和減輕電磁波的危害，研制電磁屏蔽材料有重要的實際意義。羅成［10］等人分別以聚碳酸酯/丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物為基體，以多壁碳納米管為主要導電材料制備填充型復合材料，該體系在多壁碳納米管含量為2.5 ～3.0 wt%時的電磁屏蔽效能大于35 dB的復合材料，達到民用屏蔽材料的實用標準。

5 碳材料改性聚碳酸酯及其共混物的熱性能

到目前為止，碳材料填充對復合材料宏觀性能影響的微觀機理并不是十分清楚。所以，研究碳材料的加入，對共混物的微觀結構有什么樣的影響，而微觀結構又會如何的影響宏觀性質，具有重要的意義。

閆曉麗［11］等人用三種不同的實驗方法證明，多壁碳納米管/聚碳酸酯復合材料的玻璃化轉變溫度（Tg）都是隨著碳納米管含量的增加而降低。

［1］ 趙文元. 聚合物材料的電學性能及其應用［M］. 化學工業出版社，2006.

［2］ 陳躍軍. 炭素吸附材料吸油特性的研究［D］. 西南交通大學，2003.

［3］ 沈曾民，張文輝，張學軍，等. 活性炭材料的制備與應用［M］.北京：化學工業出版社，2006.

［4］ Zhang H B，Yan Q，Zheng W G， et al.Tough graphenepolymer microcellular foams for electromagnetic interference shielding.［J］. Acs Applied Materials & Interfaces，2011，3（3）：918～24.

［5］ 張好斌，只欣，廖勇飛，等. 微泡孔增韌聚碳酸酯/碳納米管導電納米復合材料研究［C］. 2014年全國高分子材料科學與工程研討會學術論文集（上冊），2014.

［6］ 戴兆賀. 多壁碳納米管——聚碳酸酯納米復合纖維高溫下蠕變行為研究［C］. 重慶大學2013復合材料力學研討會摘要集，2013.

［7］ 孫堯，郭朝霞，于建. 多壁碳納米管復合聚碳酸酯/苯乙烯系聚合物復合材料導電性能的研究［J］. 中國塑料，2010，第8期：17～22.

［8］ 喬晉忠，王通. 多壁碳納米管/聚碳酸酯復合材料的制備與性能［J］. 山西化工，2012，第 2期：1～3. DOI：doi：10. 3969/j.issn. 1004～7050. 2012. 02. 001.

［9］ 洪江彬，吳敬裕，陳國華. 聚碳酸酯/石墨烯微片復合材料的制備及其導電性［J］. 塑料，2012，41（4）：1～3. DOI：doi：doi：10. 3969/j. Issn. 1001～9456. 2012. 04. 001.

［10］ 羅成，徐軍，郭寶華. 碳納米管填充聚合物基復合體系的電磁屏蔽性能［J］. 塑料，2010，06期（6）：37～40.

［11］ 閆曉麗，段培，張磊，等. 多壁碳納米管/聚碳酸酯復合材料玻璃化轉變溫度的研究［J］. 中國材料進展，2015，第5期：358～362.

（P-01）

Research progress of carbon material modifi ed polycarbonate and blends

TQ323

1009-797X （2015） 22-0026-02

B DOI：10.13520/j.cnki.rpte.2015.22.009

曹琳（1993-），女，畢業于暨南大學，研究生在讀，主要研究高分子材料。

2015-10-12

惠州市天鵝計劃（20131226120548921）；廣東大學生科技創新攀登計劃（89015009）；國家大學生創新創業（201510559009）。