聚碳酸酯(PC)作為一種工程塑料，其沖擊強(qiáng)度高，耐蠕變性能好，具有良好的電絕緣性和尺寸穩(wěn)定性。但由于PC的熔體黏度大，流動(dòng)性、耐溶劑性以及耐磨性都較差，其應(yīng)用受到限制。聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯(PBT)是一種結(jié)晶性的熱塑性塑料，結(jié)晶速度快，適合于高速成型，具有耐化學(xué)藥品性、熔體流動(dòng)性好等優(yōu)點(diǎn)，但是缺口沖擊強(qiáng)度較低。因此，將PC和PBT進(jìn)行共混改性，可以?xún)?yōu)勢(shì)互補(bǔ)。
為了獲得高性能的PC/PBT共混物，國(guó)內(nèi)外對(duì)PC/PBT共混物的增韌改性進(jìn)行了大量的研究。氫化苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物具有良好的可塑性和高彈性，本研究采用馬來(lái)酸酐接枝氫化苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物(馬來(lái)酸酐接枝SEBS 1901)作為PC/PBT共混物的相容劑，研究其對(duì)PC/PBT共混物性能的影響。
1 試驗(yàn)部分
1.1 原料
PC，S3001R，日本三菱公司；PBT，1100-211M，長(zhǎng)春人造樹(shù)脂廠(chǎng)股份有限公司；馬來(lái)酸酐接枝SEBS，1901，市售。
1.2 主要設(shè)備
雙螺桿擠出機(jī)，SHJ-35，中國(guó)廣達(dá)橡塑機(jī)械廠(chǎng)；注塑機(jī)，HYF-600，寧波海鷹塑料機(jī)械有限公司，微機(jī)控制電子萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)，WDT-5，深圳市凱強(qiáng)利機(jī)械有限公司；懸臂梁沖擊試驗(yàn)機(jī)，ⅪU-2.75，承德試驗(yàn)機(jī)有限責(zé)任公司；掃描電子顯微鏡(SEM)，JSM%360LA，日本電子公司；平板流變儀，Physica MCR301，AntonPaar公司。
1.3 試樣制備
將PC，PBT和增韌改性劑等按比例稱(chēng)量，經(jīng)高速混合機(jī)混合后，加入雙螺桿擠出機(jī)經(jīng)熔融擠出、冷卻、切粒，制得PC/PBT/馬來(lái)酸酐接枝SEBS共混物的粒料，一區(qū)至五區(qū)溫度分別為190，220，240，250，250℃，螺桿轉(zhuǎn)速度120r/min，進(jìn)料轉(zhuǎn)速為110 r/min。
將所得粒料在100℃下干燥8 h后，采用注射成型法按工藝條件(射嘴溫度、一區(qū)至三區(qū)溫度分別為240，250，240，220℃，保壓時(shí)間8 s，冷卻時(shí)間20s，注射壓力80MPa)制備標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試樣條，供性能測(cè)試用。
1.4 性能測(cè)試與結(jié)構(gòu)表征
1.4.1 力學(xué)性能測(cè)試
懸臂梁缺口沖擊強(qiáng)度按照GB 1043-1993標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試，試樣尺寸4 mm ×8 mm× 80 mm(V型缺口)；彎曲性能按GB 9341-1988標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試，試樣尺寸為4 mm×10 mm×80 mm，測(cè)試速度2 mm/min；拉伸性能按GB/T 1040-1992標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試，試樣工作面尺寸4mm×10mm，拉伸速度為50 mm/min。
1.4.2 結(jié)構(gòu)表征
(1) SEM：將樣品在液氮中冷凍脆斷，將脆斷斷面真空鍍金，在SEM上觀(guān)察斷面形貌特征并照相。
(2) 動(dòng)態(tài)力學(xué)測(cè)試：在Physica MCR301平板流變儀上進(jìn)行動(dòng)態(tài)力學(xué)分析，兩平板間距離為1 mm，強(qiáng)迫扭擺頻率為1 Hz，測(cè)試溫度30～180℃，升溫速率為5℃/min。
(3) 流變性能測(cè)試：采用PhysicaMCR301平板流變儀上進(jìn)行流變性能測(cè)試，用氮?dú)膺M(jìn)行保護(hù)，測(cè)試溫度為240℃，剪切速率0.01～50.00 s-1，測(cè)試模式為旋轉(zhuǎn)模式。
2 結(jié)果與討論
2.1 馬來(lái)酸酐接枝SEBS 1901對(duì)PC/PBT力學(xué)性能影響
根據(jù)前期試驗(yàn)結(jié)果，綜合考慮PC/PBT共混物的力學(xué)性能、耐溶劑性和熔體流動(dòng)性等因素，本試驗(yàn)選取PC/PBT(兩者質(zhì)量比70/30)作為研究基礎(chǔ)，研究馬來(lái)酸酐接枝SEBS用量對(duì)PC/PBT共混物力學(xué)性能的影響。
馬來(lái)酸酐接枝SEBS用量對(duì)共混物常規(guī)力學(xué)性能的影響如圖1所示。由圖1(a)可見(jiàn)，未添加馬來(lái)酸酐接枝SEBS時(shí)，共混物的缺口沖擊強(qiáng)度較低，為7 kJ/m2。隨著馬來(lái)酸酐接枝SEBS用量的增加，共混物的缺口沖擊強(qiáng)度明顯提高，但馬來(lái)酸酐接枝SEBS用量超過(guò)5%后共混物缺口沖擊強(qiáng)度增加幅度較小。由圖1(b)可見(jiàn)，隨著馬來(lái)酸酐接枝SEBS用量的增加，PC/PBT共混物的拉伸強(qiáng)度下降，斷裂伸長(zhǎng)率上升。由圖1(c)可見(jiàn)，隨著馬來(lái)酸酐接枝SEBS用量的增加，PC/PBT共混物的彎曲強(qiáng)度和彎曲模量呈下降趨勢(shì)，這主要是因?yàn)镾EBS是彈性體，本身強(qiáng)度低于PC和PBT，符合彈性體增韌的一般規(guī)律。
綜合分析圖1可知，當(dāng)馬來(lái)酸酐接枝SEBS用量為5%時(shí)，共混物的缺口沖擊強(qiáng)度為未添加馬來(lái)酸酐接枝SEBS共混物的8倍，拉伸強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度略有降低，但仍保持相當(dāng)高的水平。根據(jù)彈性體增韌原理，馬來(lái)酸酐接枝SEBS可以作為應(yīng)力集中體，誘發(fā)大量的銀紋或剪切帶而消耗能量，還能夠起到終止銀紋的作用，而不至于發(fā)展成破壞性的裂紋，因此對(duì)共混物起到良好增韌作用；另一方面，馬來(lái)酸酐接枝SEBS中含有極性的馬來(lái)酸酐基團(tuán)，它能與PC/PBT共混物中PBT的端羥基反應(yīng)，使得表面張力降低，界面粘結(jié)作用增強(qiáng)，起到增容作用，因此缺口沖擊強(qiáng)度得到顯著提高。當(dāng)馬來(lái)酸酐接枝SEBS用量超過(guò)5%時(shí)，隨著馬來(lái)酸酐接枝SEBS用量的增加，共混物的缺口沖擊強(qiáng)度上升緩慢，而拉伸強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度下降顯著。因此，在試驗(yàn)范圍內(nèi)，當(dāng)馬來(lái)酸酐接枝SEBS用量為5%時(shí)，PC/PBT共混物的綜合性能較佳。
2.2 微觀(guān)結(jié)構(gòu)分析
為了進(jìn)一步考察馬來(lái)酸酐接枝SEBS對(duì)PC/PBT共混物性能的影響，采用SEM對(duì)PC/PBT及PC/PBT/馬來(lái)酸酐接枝SEBS的微觀(guān)形態(tài)結(jié)構(gòu)進(jìn)行觀(guān)察(見(jiàn)圖2)。
圖2(a)為PC/PBT(質(zhì)量比70/30)共混物的SEM照片。由圖2(a)可見(jiàn)，其斷裂面呈現(xiàn)層片狀結(jié)構(gòu)，整個(gè)斷裂面較平整，這是因?yàn)楫?dāng)試樣受到?jīng)_擊能量作用時(shí)產(chǎn)生的裂紋在基體中快速擴(kuò)展而形成的，屬于脆性斷裂且斷裂過(guò)程中消耗的能量較少，因而沖擊強(qiáng)度較低。圖2(b)為PC/PBT(質(zhì)量比70/30)共混物中加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)5%馬來(lái)酸酐接枝SEBS的SEM照片。由圖2可見(jiàn)，斷裂面留有橡膠粒子脫落時(shí)留下的孔洞，表明試樣在斷裂過(guò)程中發(fā)生了應(yīng)力屈服。橡膠微粒在試樣斷裂過(guò)程中起到吸收能量阻止裂紋擴(kuò)展的作用，此外在共混過(guò)程中馬來(lái)酸酐接枝SEBS在熱和剪切應(yīng)力作用下，馬來(lái)酸酐接枝SEBS的酸酐基團(tuán)與PC/PBT共混物的端羥基發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，有利于彈性體在共混物中的細(xì)化與均勻分散，降低了界面張力，增強(qiáng)了界面粘結(jié)力，斷裂過(guò)程中需要消耗較高的能量，因而表現(xiàn)為韌性斷裂。
2.3 動(dòng)態(tài)力學(xué)分析
圖3(a)是PC/PBT/馬來(lái)酸酐接枝SEBS(PC/PBT質(zhì)量比為70/30)共混物儲(chǔ)存模量與溫度的關(guān)系曲線(xiàn)。從圖3(a)中儲(chǔ)存模量的變化曲線(xiàn)來(lái)看，隨著溫度的升高，共混物分子鏈鏈段運(yùn)動(dòng)能力不斷增強(qiáng)，使得共混物的儲(chǔ)存模量逐漸下降。此外，馬來(lái)酸酐接枝SEBS中SEBS部分儲(chǔ)存模量較低，能減弱共混物的的剛性，在玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)之前，相同溫度下隨馬來(lái)酸酐接枝SEBS用量的增加，共混物的儲(chǔ)存模量逐漸降低。
圖3(b)是PC/PBT/馬來(lái)酸酐接枝SEBS(PC/PBT質(zhì)量比為70/30)共混物損耗因子取正切(tanδ)隨溫度變化的關(guān)系曲線(xiàn)。從圖3(b)可以看出PC/PBT共混物出現(xiàn)2個(gè)松弛峰，其共混物的Tg分別為62，135℃，相對(duì)于PC的Tg (150℃)與PBT的Tg (45℃)而言，兩者的Tg之差變小，表明PC與PBT有部分相容性，馬來(lái)酸酐接枝SEBS加入后，共混物中PC的Tg向低溫遷移，兩者的Tg之差進(jìn)一步減小，說(shuō)明馬來(lái)酸酐接枝SEBS的存在增加了界面間的結(jié)合強(qiáng)度，進(jìn)而提高了共混物的相容性。
2.4 流變性能的研究
圖4顯示試驗(yàn)溫度240℃的條件下PC，PC/PBT(質(zhì)量比70/30)，PC/PBT/馬來(lái)酸酐接枝SEBS[其中PC/PBT(質(zhì)量比70/30)，馬來(lái)酸酐接枝SEBS質(zhì)量分?jǐn)?shù)5%]共混物表觀(guān)表觀(guān)黏度隨剪切速率的變化趨勢(shì)。從圖4可以看出，在試驗(yàn)范圍內(nèi)，純PC的表觀(guān)黏度隨著剪切速率的增加而.降低，這是由于純PC大分子鏈具有高剛性和大的空間位阻使其具有較高的熔體黏度，從而使分子鏈之間的滑移困難。當(dāng)剪切速率增加時(shí)，分子鏈發(fā)生滑移變的相對(duì)容易，同時(shí)還沿著剪切方向規(guī)則排列，流動(dòng)阻力減小，從而表現(xiàn)為隨著剪切速率的增加，表觀(guān)黏度下降。
當(dāng)將PBT加入到PC中后，共混物的表觀(guān)黏度明顯低于純PC基體，這是由于PBT本身分子鏈的柔順性大，在高溫下流動(dòng)性好，因而PBT的加入降低了體系的流動(dòng)阻力，提高了流動(dòng)性，因此，PC/PBT共混物比純PC的表觀(guān)黏度低，流動(dòng)性好。PC/PBT/馬來(lái)酸酐接枝SEBS共混物與PC/PBT共混物相比，其表觀(guān)黏度未有較大變化，表明馬來(lái)酸酐接枝SEBS的加入在改善共混物沖擊韌性的同時(shí)并未影響共混物良好的成型加工性能。
3 結(jié)論
a) 一定用量的馬來(lái)酸酐接枝SEBS1901能夠較大幅度地提高共混物的缺口沖擊強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率，共混物的拉伸強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)。當(dāng)馬來(lái)酸酐接枝SEBS的用量為5%時(shí)，PC/PBT共混物的綜合性能較理想。
b) 馬來(lái)酸酐接枝SEBS加入后，共混物PC/PBT中PC的Tg向低溫遷移，兩者的Tg之差進(jìn)一步減小，提高了共混物的相容性。
c) 馬來(lái)酸酐接枝SEBS在改善PC/PBT共混物沖擊韌性的同時(shí)，對(duì)PC/PBT共混物的成型.加工性能并未產(chǎn)生不良影響。