聚碳酸酯耐酸堿性及有機溶劑性研究

張艷君,畢靜利,張 偉,張 超

(魯西集團有限公司，山東 聊城 252211)

聚碳酸酯(PC)性能優異，具有良好的耐高低溫性、高抗沖、阻燃性等，廣泛應用于電子電器、汽車、航空、建筑、醫療衛生等領域[1-3]。PC 在光[4-6]、熱[7-8]、水[10-12]、應力[13-14]等作用下會發生老化降解，基本性能下降，影響正常使用。國內外對PC光老化、熱氧老化、濕熱老化等老化性能進行了很多研究，而對于液體化學介質( 酸、堿、鹽、有機溶劑等) 對PC外觀和使用性能影響的研究相對較少一些[15]。與單一的水相比，液體化學介質對高分子材料性能的影響要復雜且強烈的多。文章通過對PC在酸性溶液、堿性溶液及有機溶劑浸泡后外觀及性能變化的研究，探索PC在液體化學試劑作用下的失效規律。

1 試驗部分

1.1 試樣制備和液體化學試劑浸泡試驗

1.1.1 試樣制備

將PC顆粒在120℃條件下干燥4 h，采用注射成型機(MA860/260G，海天注塑機集團有限公司) 加工制作方片50×50×3.2(mm)、長條80×10×4(mm)、啞鈴型117×10×4(mm)等試樣，注塑溫度260℃、280℃、270℃、260℃、240℃，模具溫度50℃。

1.1.2 液體化學試劑浸泡試驗

將試樣分別置于酸性溶液、堿性溶液、有機溶劑中浸泡24h、48h、96h、128h。

a、酸性溶液：5%鹽酸、10%鹽酸、20% 鹽酸、30%鹽酸、36%鹽酸、85%甲酸、99%甲酸。

b、堿性溶液：5%燒堿、10%燒堿、20%燒堿、32%燒堿、40%燒堿。

C、有機溶劑：甲醇、正己烷。

1.2 性能測試和結構表征

試樣浸泡完畢后用清水清洗干凈， 120℃干燥4h。按GB2918要求作狀態調整進行外觀、質量及性能檢測。采用顯微鏡進行外觀觀察。按GB/T1843、GB/T1040、GB/T9341，采用沖擊試驗機(GT-7045-MD,高鐵檢測儀器有限公司)、萬能試驗機(TCS-2000，高鐵檢測儀器有限公司)測試沖擊強度、拉伸性能和彎曲性能，拉伸速率50mm/min，彎曲速率2mm/min。

2 結果與討論

2.1 試樣外觀變化

圖1 在不同濃度的酸中浸泡情況

PC試片在不同濃度的鹽酸和甲酸中浸泡7天后表面變化基本相同，表面出現許多小蝕坑和液泡；如圖1所示。而在堿液中，濃度越大腐蝕就越嚴重，在32%燒堿和40%的燒堿中浸泡8小時就出現了大面積腐蝕，20%及以下濃度時經過7天浸泡腐蝕程度相對較小。試片表面變化情況詳見圖2。堿性溶液浸泡過程中，PC由表及里不斷地受到堿介質的侵蝕而降解生成雙酚A鈉鹽，分子結構受到較大的破壞，最后發生大面積腐蝕。酸性溶液對PC表面有一定的腐蝕，相比堿性溶液腐蝕性較小，但酸性介質會向 PC 內部不斷滲透、擴散，酸性介質進一步浸入PC內層，產生聚集形成小液泡，使樹脂產生微溶脹。

圖2 在不同濃度的堿中浸泡情況

2.2 試樣質量變化

表1 不同濃度酸堿性溶液及有機溶劑中浸泡后質量變化率

PC在不同濃度的酸堿溶液中浸泡一周后，堿液浸泡后試樣質量減少，濃度越大試樣質量變化率越大，而不同濃度鹽酸浸泡后試樣質量反而增加，但質量變化率差別不大。而PC經甲醇和正己烷浸泡后發生吸附溶脹，質量變化率比較大。PC因分子中含有酯基，在堿性溶液中更易水解，堿濃度越大水解越快。PC在酸性溶液中受到腐蝕性較小，只有表面部分分子降解未滲入到其內部結構，但因PC對含水介質有一定的吸附性，隨著老化時間延長，酸性介質不斷向PC內部滲透產生溶脹。而有機溶劑對PC不產生腐蝕，但在有機溶劑的溶解性和PC內部微孔結構的相互作用下，溶劑分子較快地由表及里擴散到材料內部，使得PC產生溶脹。

2.3 力學性能的影響

力學性能檢測結果如表所示。試樣經酸堿液浸泡后力學性能受到一定的影響：①沖擊強度降低，部分沖擊樣條為脆性斷裂，堿濃度大小對沖擊強度影響較大，濃度越大沖擊強度越小，而酸濃度大小對沖擊強度的影響差別不大。②PC拉伸和彎曲性能也受到一定的影響。屈服和彎曲強度升高，斷裂伸長率降低，表面剛性提高，韌性降低,但不同濃度試液浸泡后差別不大。從整體上來看，隨著浸泡時間延長，酸性或者堿性介質從PC表面不斷地向內部滲透、擴散，但滲透深度小，PC整體結構未受到較大的破壞，PC的拉伸應力-應變曲線浸泡前后變化不大。

經甲醇、正己烷浸泡后樣條力學性能受到較大的影響，材料內部聚集態以及相結構發生變化，產生大面積溶脹出現微裂紋等缺陷，使材料性能受到較大的破壞，由韌性材料變為脆性材料。沖擊強度分別降至86.7%和89.46%，樣條全部為脆性斷裂，沖擊性能基本完全失效。拉伸及彎曲性能變化也較大，屈服和彎曲強度升高，斷裂伸長率明顯降低，材料基本性能失效。

表2 耐酸堿和甲醇試液浸泡后性能檢測結果

2.4 小結

對經鹽酸、甲酸、燒堿及甲醇、正己烷等液體化學試劑浸泡后的聚碳酸酯外觀、質量及性能變化進行評價。從檢測數據和PC聚合物結構分析得出，聚碳酸酯因分子鏈中含有酯基其抗化學性較差，在堿性溶液中水解速度較快，酸性溶液次之，在有機溶劑中因吸附溶劑而溶脹，從而改變了材料的聚集態，材料基體受到破壞，力學性能大大降低，因此PC不適用于在酸性、堿性或有機溶劑環境中使用。