相容劑對PC/ABS合金力學性能的影響

PC(聚碳酸酯)是一種性能優異的工程塑料，具有沖擊強度高、抗蠕變性能好、尺寸穩定性好等優點，廣泛應用于電子電氣、汽車工業等領域。但PC熔體的粘度大，也有加工成型困難、易應力開裂、對缺口敏感等缺點[1]。若用ABS樹脂與其進行共混，可以很好地改善PC的加工性能。

PC/ABS合金兼有ABS和PC的優點，既具有良好的成型流動性能又有較高的熱變形溫度[2]。PC、ABS的分子鏈中均含有大量的苯環結構，PC的溶解度參數為39.8～41.0(J·cm-3)1/2，ABS的溶解度參數為40.2～41.9(J·cm-3)1/2，兩者比較接近，說明PC與ABS具有一定的相容性[3]。但實際應用中仍然存在如性能不穩定、接縫強度低等缺陷。為了有效改善界面的相容性，提高合金材料的機械性能，最有效的辦法是在共混體系中加入相容劑[4]。

作者在此研究了兩種自制相容劑對PC/ABS合金共混體系的增容作用，并研究了相容劑對PC/ABS合金力學性能的影響。

1 實驗

1.1 原料與設備

聚碳酸酯(PC)201-15， 美國陶氏化學公司；ABS樹脂，臺灣奇美實業股份有限公司；潤滑劑，美國杜邦公司；抗氧劑1010和168，瑞士汽巴精化；苯乙烯/馬來酸酐無規共聚物(相容劑G1)、改性馬來酸酐接枝ABS(相容劑G2)，自制。

TSSJ-25/33型雙螺桿擠出機， 晨光化工研究院塑料機械研究所；K-TEC 40型塑料注塑成型機，FERROMATIK MILACRON；XJU-5.5型懸臂梁沖擊強度測試儀，承德市金建檢測儀器有限公司；5567型萬能材料試驗機，美國INSTRON；CS-127型MFR測定儀，承德市精密試驗機有限公司。

1.2 試樣制備

分別將PC在120℃、ABS及相容劑(G1、G2)在75℃鼓風干燥箱內干燥12 h；然后將PC、ABS分別與相容劑G1和G2以一定比例混合，在擠出機上造粒。擠出機溫度為210～235℃，轉速為40 r·min-1。共混粒料在注塑機上制成標準試樣。

1.3 性能測試

缺口沖擊強度(懸臂梁)：按GB/T 1843-89進行測試。

拉伸強度：按GB/T 1040-90進行測試，測試速度50 mm·min-1。

熔體流動速率(MFR)：按GB/T 3682-1989進行測試，260℃/5.0 kg。

2 結果與討論

2.1 PC與ABS質量比的確定

PC與ABS在一定比例范圍內會有協同效應，ABS的加入降低了PC對缺口的敏感性，但是由于PC與ABS不完全相容，使合金的沖擊強度有所下降。考察PC與ABS質量比對PC/ABS合金沖擊強度的影響，結果見圖1。

圖1 PC與ABS質量比對PC/ABS合金沖擊強度的影響

從圖1可以看出，當PC與ABS質量比為75/25時，合金的沖擊強度達到最高值。因此，選擇PC與ABS質量比為75/25作為基礎配方。

2.2 相容劑對PC/ABS合金沖擊強度的影響

用相容劑G1和G2分別對PC/ABS合金進行改性，表1是兩種相容劑的用量對共混合金沖擊強度的影響。

表1 相容劑用量對PC/ABS合金缺口沖擊強度的影響

從表1可以看出，隨著相容劑(G1、G2)用量的增加，PC/ABS合金的沖擊強度都迅速增大，分別在G1和G2用量為3%和6%處出現最大值，較未加入前提高2.78倍和2.84倍；然后又都呈現減小的趨勢[5]。主要原因是馬來酸酐型相容劑屬于反應型相容劑，G1為苯乙烯/馬來酸酐共聚物，根據文獻[3]，其溶解度參數[19.0～20.5(J·cm-3)1/2]與PC溶解度參數[39.8～41.0(J·cm-3)1/2]的差別較大，相互間不具有良好的相容性，但G1能在PC和ABS兩相間形成共價鍵，起到橋梁的作用，這就增大了兩相微觀界面上的結合力，從而改善了共混體系的相容性，大大提高了PC/ABS合金的沖擊強度。另一方面，G1中含有活性較強的酸酐基團，它能在高溫及剪切力作用下與PC發生酯交換反應[6]，因而能夠明顯地降低兩相間的界面張力，使體系中分散相粒子明顯細化，提高共混物的力學性能。而G2為改性馬來酸酐接枝ABS型相容劑，它的增容作用也是由于結構中含有活性酸酐基團。與G1相比，加入G2后，合金的沖擊強度提高得更多一些，這可能是由于兩種相容劑分子鏈結構的差異，使G2在相界面處的活動能力更高一些造成的。

但是兩種相容劑的添加量達到一定值時，繼續增加相容劑用量反而使合金的沖擊強度下降。這是由于過量相容劑中的酸酐基團能與更多的PC結合，在高溫及剪切作用下引起PC的熱降解，導致分子鏈斷裂[7]，從而使合金沖擊強度有所下降。

2.3 相容劑對PC/ABS合金拉伸強度與伸長率的影響(表2)

表2 相容劑用量對PC/ABS合金剛性的影響

從表2可以看出，相容劑G1使合金的伸長率提高、拉伸強度下降，這可能是由于G1為柔性材料，具有降低剛性與強度、提高伸長率的作用。而相容劑G2能同時提高合金的拉伸強度和伸長率，這可能是由于相容劑G2的活性更高一些，導致合金分子結合更加緊密，使材料表現出了更好的剛性性能。

2.4 相容劑對PC/ABS合金流動性能的影響(表3)

從表3可以看出，兩種相容劑的加入都使PC/ABS合金的MFR值降低。這是因為相容劑的加入增強了兩組分之間的作用力，使兩者的相對滑動能力降低，從而使體系粘度增大，導致了MFR值的降低。

表3 相容劑用量對PC/ABS合金熔體流動速率的影響

3 結論

(1)兩種自制相容劑G1、G2的加入都能有效提高PC/ABS合金的沖擊強度，分別較未加入前提高了2.78倍和2.84倍。

(2)不同類型的相容劑具有各自的最佳加入量，G1和G2的最佳加入量分別為3%和6%，過多的相容劑反而會降低合金的性能。

(3)相容劑G1使合金的伸長率提高、拉伸強度下降；相容劑G2能同時提高合金的拉伸強度和伸長率。

(4)兩種相容劑G1、G2的加入，都會增加體系的粘度，使PC/ABS合金的熔體流動速率降低。

參考文獻：

[1] 戈明亮.國內聚碳酸酯/ABS合金力學性能的研究進展[J].廣州化工,2005,33(3):13-15.

[2] 金敏善,李中宇,沙中英,等.ABS/PC合金最新開發進展[J].彈性體,1999,9(4):44-48.

[3] 劉建,聞荻江.PC/ABS合金研究進展[J].蘇州大學學報,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] 葉錦鏞.苯乙烯-馬來酸酐共聚物與聚碳酸酯共混體系的研究[J].應用科學學報,1991,9(2):109-116.

[7] 王久芬,周海駿,姜麗萍.相容劑對PC/ABS合金性能的影響[J].工程塑料應用,2001,29(6):1-4