高密度聚乙烯接枝馬來酸苷對聚碳酸酯增韌

鄧爵安，郝源增

(廣州市聚賽龍工程塑料有限公司， 廣州市熱塑性功能高分子復(fù)合材料重點實驗室，廣東　廣州　510945)

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高密度聚乙烯接枝馬來酸苷對聚碳酸酯增韌

鄧爵安，郝源增

(廣州市聚賽龍工程塑料有限公司， 廣州市熱塑性功能高分子復(fù)合材料重點實驗室，廣東廣州510945)

為了進一步提升透明聚碳酸酯(PC)材料的應(yīng)用性能，本文系統(tǒng)的研究了高密度聚乙烯接枝馬來酸苷(HDPE-g-MAH)增韌體系對透明聚碳酸酯材料的加工性能、物理力學(xué)性能以及光學(xué)性能的影響。試驗結(jié)果表明，高密度聚乙烯接枝馬來酸苷(HDPE-g-MAH)可以在材料對材料透明性影響不大的情況下，有效提高透明聚碳酸酯材料的韌性，當(dāng)其含量低于0.3%時材料具有較好的透明性和抗沖擊韌性。

聚碳酸酯；增韌；透明材料

聚碳酸酯(PC)是五大工程塑料中用量僅次于尼龍的工程塑料品種，其具有高強度、高韌性、耐高溫、高透明性等特點[1]。自從拜耳公司在1958年實現(xiàn)聚碳酸酯材料的工業(yè)化生產(chǎn)之后，該材料被廣泛應(yīng)用于電子電器、汽車制造、家用電器等行業(yè)。目前，聚碳酸酯材料的生產(chǎn)企業(yè)包括：拜耳、沙伯基礎(chǔ)、三菱化學(xué)、LG化學(xué)等，其中國內(nèi)的中石化三菱、浙江大風(fēng)的聚碳酸酯生產(chǎn)線也在近兩年實現(xiàn)了穩(wěn)定產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)[2-3]。

聚碳酸酯的分子結(jié)構(gòu)中含有大量的具有大位阻的雙酚A結(jié)構(gòu)，使得成型過程中分子鏈容易隨熔體流向產(chǎn)生一定的取向，產(chǎn)生應(yīng)力集中，使材料韌性降低。因此，通常需要對聚碳酸酯材料進行增韌改性，以提高材料的使用性能。常用的聚碳酸酯材料增韌劑包括：具有核-殼結(jié)構(gòu)的聚丙烯酸酯(ACR)類增韌劑、有機硅類增韌劑等[4-5]。這些增韌體系可以顯著的改善材料的沖擊性能，但是對聚碳酸酯材料的透明性影響較大，因此。對透明材料的增韌體系進行研究具有重要的意義。

1　實驗部分

1.1實驗原料

聚碳酸酯(PC，牌號：PC2405)，德國拜耳新材料；高密度聚乙烯接枝馬來酸苷(HDPE-g-MAH)，阿科瑪化學(xué)有限公司(馬來酸苷含量0.6%～1%)。

1.2主要儀器和設(shè)備

STS-35平行雙螺桿擠出機，科倍隆科亞(南京)機械有限公司；CJ80M3V注塑機，震德集團公司；WGT-S透光率霧度測試儀，上海精科；CMT6104萬能試驗機，深圳新三思材料檢測有限公司；GT-7045-MD沖擊試驗機，高鐵檢測儀器有限公司。

1.3試樣的制備

熔融擠出法制備透明阻燃聚碳酸酯材料：根據(jù)實驗設(shè)計配方將聚碳酸酯樹脂、阻燃劑、增韌劑及少量的加工助劑準(zhǔn)確稱量后，充分搖勻預(yù)混合后后通過同向平行雙螺桿擠出機進行擠出，水冷、造粒。材料的物理力學(xué)性能、阻燃性能以及光學(xué)性能測試，按照ISO或者GB/T標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。

2　結(jié)果與討論

2.1對材料加工性能的影響

圖1　HDPE-g-MAH含量對材料流動性的影響

熱塑性材料的熔體流動速率是影響材料注塑成型性能的關(guān)鍵因素，熔體流動速率越高，越適合制備制件結(jié)構(gòu)復(fù)雜、光學(xué)性能要求高的制件。首先對比了高密度聚乙烯接枝馬來酸苷(HDPE-g-MAH)對聚碳酸酯材料的加工性能的影響，結(jié)果如圖1所示。隨著高密度聚乙烯接枝馬來酸苷HDPE-g-MAH含量的提高材料的熔體流動速率降低，當(dāng)高密度聚乙烯接枝馬來酸苷(HDPE-g-MAH)在復(fù)合材料中的含量達到0.6wt%時，材料熔體流動速率為10.5 g/10 min。這可能是由于，馬來酸苷的高反應(yīng)性使的聚碳酸酯鏈發(fā)生了擴鏈反應(yīng)，使得材料的熔體流動性降低。

2.2對材料物理力學(xué)性能的影響

對比了復(fù)合材料中不同的高密度聚乙烯接枝馬來酸苷含量對材料的物理力學(xué)性能的影響，結(jié)果如表1所示。研究結(jié)果表明，當(dāng)聚碳酸酯材料中不添加任何增韌劑時材料的沖擊強度低于理論值(60 kJ/cm2)，這是由于：一方面聚碳酸酯基材經(jīng)過雙螺桿擠出機的高溫剪切之后發(fā)生了部分降解，使材料沖擊性能降低；另外一方面，聚碳酸酯的剛性分子鏈在成型過程中的定向排列造成了材料中的應(yīng)力殘留，使材料對缺口敏感。當(dāng)加入部分高密度聚乙烯接枝馬來酸苷(0.1%～0.3%)后，材料的沖擊性能得到顯著提高。由于馬來酸苷與聚碳酸酯之間的酯化反應(yīng)，使高密度聚乙烯可以在聚碳酸酯基材中形成交聯(lián)彈性“海島”結(jié)構(gòu)，這一結(jié)構(gòu)能夠有效的吸收材料的宏觀沖擊能量。高密度聚乙烯接枝馬來酸苷(HDPE-g-MAH)含量進一步提高(0.6%)，材料的沖擊性能反而降低，這是可能由于馬來酸苷與聚碳酸酯鏈之間的酯交換反應(yīng)使材料分子量降低、沖擊性能下降。為了進一步驗證這一假設(shè)，采用馬來酸苷接枝率較低的增韌劑(0.3%)進行了對比試驗，結(jié)果表明，在同樣的增韌劑添加量情況下，馬來酸苷接枝率降低材料的沖擊性能更高。

表1　HDPE-g-MAH對材料物理力學(xué)性能的影響

2.3對材料透光率的影響

對高密度聚乙烯接枝馬來酸苷(HDPE-g-MAH)增韌體系

對材料的光學(xué)性能的影響進行了研究，結(jié)果表明，材料的透光率隨著增韌劑添加量的增加而降低，霧度隨著增韌劑添加量的增加而升高。這是由于，聚碳酸酯與增韌劑的折光指數(shù)不同，聚碳酸酯連續(xù)相中的增韌劑微球會引起光線的折射和散射，引起材料的透光率降低、霧度提高。這也進一步說明了增韌劑在聚碳酸酯基材中海島結(jié)構(gòu)的性能。

圖2　HDPE-g-MAH含量對材料透光率的影響

3　結(jié)　論

綜合以上實驗結(jié)果可以得出以下結(jié)論：

(1) 高密度聚乙烯接枝馬來酸苷(HDPE-g-MAH)會降低材料的熔體流動速率；

(2) 適當(dāng)含量的高密度聚乙烯接枝馬來酸苷(HDPE-g-MAH)可以顯著提升材料的抗沖擊性能；

(3) 較低含量的高密度聚乙烯接枝馬來酸苷(HDPE-g-MAH)對聚碳酸酯基材的透光率影響小，可以應(yīng)用于對材料的韌性和光學(xué)性能要求較高的環(huán)境。

[1]高俊剛, 李源勛. 高分子材料[M]. 北京: 化學(xué)工業(yè)出版社, 2000: 243.

[2]孫彥潔.國內(nèi)外聚碳酸酯的生產(chǎn)狀況比較分析[J]. 當(dāng)代化工, 2008, 37(1):96-99.

[3]孫欲曉, 關(guān)俊超, 周占發(fā). 聚碳酸酯生產(chǎn)及市場分析[J]. 塑料工業(yè), 2010(8):1-3.

[4]李希俊,李鳳紅, 崔冬梅. MBS樹脂增韌PC的研究[J]. 塑料工業(yè), 2007(12):25-27.

[5]申景強,劉振華,諸泉,等.核殼型MBS增韌PC研究[J]. 工程塑料應(yīng)用, 2012,40(2):16-18.

Transparent Polycarbonate Toughed by HDPE-g-MAH

DENGJue-an,HAOYuan-zeng

(Guangzhou Super Dragon Engineering Plastics Co., Ltd.,Key Laboratory of functional polymer material of Guangzhou, Guangdong Guangzhou 510945, China)

In ordering to enhance the application properties of the polycarbonate, the toughening effects of HDPE-g-MAH on polycarbonate composite were studied, by the comparison of MRF, mechanical properties and optical properties. A good balance between application properties and mechanical properties could be obtained by 0.3% load of HDPE-g-MAH.

polycarbonate; toughening; transparent material

O62

A

1001-9677(2016)03-0093-02