聚碳酸酯树脂的改性研究

徐晶晶 郭红革

（青岛科技大学高分子科学与工程学院，山东 青岛，266042）

长期以来聚碳酸酯（PC）被广泛用于机械设备、建筑工程、仪表及气照明等领域［1］。双酚A型芳香族PC是无定型、透明的热塑性聚合物，具有优良的力学性能、热稳定性、耐候性、尺寸稳定性和耐蠕变性，不足之处是其熔体黏度很高，使得成型加工性差，并且制品易于应力开裂、缺口敏感性差、价格昂贵［1］。因此采用各种技术对PC进行改性，就显得尤为重要。

聚丙烯（PP）具有密度小、耐应力开裂、较好的耐热性和化学稳定性、价格低廉等优点。PC 与PP进行共混，可以使PC 的熔体黏度降低，加工性能得到提高，而且可以降低材料的成本［2］。其中PC是极性非结晶材料，且加工温度高，而PP是非极性结晶性材料，其相容性、分散性不好，共混后两相的黏着力差。下面主要研究通过配方和加工条件的改善来改性PC存在的加工流动性差、易应力开裂、对缺口敏感、容易磨损、耐化学药品性差及价格偏高等缺点［3］，达到拓宽PC产品的加工和应用范围、降低PC生产成本的目的。

1 试验部分

1.1 主要材料

PC，141R型，美国GE公司；PP，K8303型，大连西太平洋石油化工有限公司；聚丙烯接枝马来酸酐（PP－g－MAH），接枝率0.8%，宁波能之光新材料有限公司；三元乙丙橡胶接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯（EPDM－g－GMA），接枝率1.0%，上海日之升新技术发展公司。

1.2 主要仪器及设备

熔体流动速率（MFR）测试仪，GT－7100－MI型；拉力试验机，GT－TCS－2000型；弯曲试验机，GT－TCS－2000 型；冲 击 试 验 机，GT－7045－MDH型，均由高铁科技股份有限公司提供。平行同向双螺杆挤出机，D36，南京科亚机械有限公司。塑料注射成型机，130F2V，东华机械有限公司。扫描电镜（SEM），JSM－7500F型，日本电子公司。

1.3 试样制备

将原料PP在80℃烘箱中烘干2h，原料PC在120℃下烘干4h。共混物按照一定的比例确定配方挤出造粒，之后注射成型。

为研究在一定配比下不同改性剂对共混试样的影响，用PC分别与PP－g－MAH，EPDM－g－GMA共混制得试样，来探究相同配比下PC／PP，PC／PP－g－MAH及PC／EPDM－g－GMA试样的性能。

1.4 性能测试

拉伸性能按照GB／T 1040—1992标准测试，室温25℃，测试速率10mm／min。弯曲性能按照GB／T 9341—2000标准测试，跨度64mm，弯曲速度2.0mm／min。冲击性能按照 GB／T 1043—1993标准测试。MFR根据GB 3682—2000测试，温度300℃，负荷1.200kg。维卡软化温度按照GB／T 1633—2000标准测试，加热速度120℃／h。用SEM观察试样形态取得不同放大倍数的照片。

2 结果与讨论

2.1 配比对PC／PP力学性能影响

PC／PP按不同的共混比共混，图1为各PC／PP共混物的MFR。由图1可见，随着PP含量的增多，PC／PP的MFR先是不断增加，当PP的量继续增大，而PP分散相又不能很好地扩散，共混物的MFR将有下降趋势。

图1 不同配方PC／PP的MFR

图2 不同配方PC／PP的拉伸性能

图3 不同配方PC／PP的弯曲性能

从图3弯曲性能可看出，不断增加共混物中PP的含量，试样的弯曲强度先降低，当PC／PP质量比为98∶2时弯曲强度最好，随后又逐渐降低，当PP含量较少时共混物的弯曲模量即抗弯曲变形能力较好。

图4为共混物的冲击性能，聚合共混物的离散粒子尺寸很大程度上依赖于混合物的组成，因为某种成分的增加会伴随着分散相浓度的增加。由于PC是极性且非结晶的聚合物，而PP是非极性结晶的，两相之间有轻微的扩散，相界面明显，界面结合力小，因此，随着PP份数的增多，冲击强度降低。

图4 不同配方PC／PP的冲击性能

2.2 不同改性剂对PC力学性能影响

具有极性和非结晶性的PC与非极性结晶的PP共混两相界面黏结力不理想，从而选用PP－g－MAH和EPDM－g－GMA分别与PC共混改性。

下面用PP－g－MAH 和EPDM－g－GMA分别与PC共混，进而研究共混物性能的改善情况。各共混试样的物理性能测试见表1。

表1 不同改性剂对PC物理性能的影响

从表1可明显看出，在质量比为98∶2的共混比下，PC 分 别 与 PP，PP－g－MAH 及 EPDM－g－GMA共混后，PC／PP共混后试样拉伸强度低于接枝物与PC共混所得试样的拉伸强度，而且相差很大，说明用接枝物来改性可提高试样的拉伸强度。共混试样的弯曲强度相对PC／PP有所提高，PC／PP－g－MAH共混试样的弯曲强度高些。

综合以上性能测试发现，用EPDM－g－GMA改性PC比直接用PP来改性PC更有优势。

2.3 共混物的微观形态结构

用SEM观察了PC／PP（98∶2）［见图5（a），（b），（c）］和 PC／EPDM－g－GMA（98∶2）［见图5（d），（e），（f）］共混试样的断面形态。分别观察并比较在相同的放大倍数下，这2种共混试样微观结构的异同。在图中选取了4个比较清晰且大小较均匀的微粒，如图中红圈所标，测量粒径数据：PC／PP的粒径为0.4～0.6 μm，PC／EPDM－g－GMA的为1.3～1.5μm。

图5 共混物冲击断面的SEM分析

从图5（a）中可看出，PC明显为连续相，PP作 为分散相，从断面上可计算出粒径大约0.4～0.6μm，断面表面不平整且能看到分散相PP微粒密度很小的均匀分布其中，断痕非常明显，断口大多比较平滑，断面几乎看不到韧窝，说明两相间黏着力差，试样的断裂大部分为脆性断裂，韧性断裂极少，两相相容性不好。图5（b）中可看出，断面中有很少的部分属于韧性断裂，分散相PP的微粒分布在其中，粒径的尺寸极不均匀，断面表面平整性很差。从图5（c）观察，断面表面存在明显的断痕且极不平整，上面有很多分散相PP的微粒，韧窝也比较少，明显的脆性断裂，只有极少数的韧性断裂。

由图5（e）可见，中断面明显看到有拔出的痕迹，EPDM－g－GMA为分散相，PC为连续相，粒径大约在1.3～1.5μm，试样的断裂多为韧性断裂。图5（e）中可明显看到试样断面的表面有许多分散相EPDM－g－GMA被拔出的微孔，还有一些微粒嵌在连续相PC中，两相的黏着力明显改善。图5（f）中观察到很多断层且断面表面均匀分布着分散相EPDM－g－GMA微粒，大多是从连续相PC中拔出，少部分嵌在其中，主要是韧性断裂，两相的黏着力明显增强，粒径范围也明显增大。

由图5可见，在相同的放大倍数下，EPDM－g－GMA对PC的增韧效果明显比PP的要好。EPDM－g－GMA的加入降低了两相的界面张力，两相间的黏着力得到提高且粒径的分布变窄，明显地改善了两相的相容性，起到了很好的增韧效果。

3 结论

a） PC的加工流动性较差，加入不同配比的PP与PC共混后，根据测试结果，试样加工流动性有较大提高。

b） 与PC／PP相比，在相同的配比条件下，PP－g－MAH 或EPDM－g－GMA与PC共混后，共混物的力学性能得到提高，并且其加工流动性也有较大的提高，综合性能较PC／PP共混物有明显增强。SME观察试样发现PC／EPDM－g－GMA两相的黏着力比PC／PP的有很大改善，相容性也有明显提高。

［1］ 胡文军.聚碳酸酯的力学性能及其在撞击力学中的应用［J］.中国工程物理研究院科技年报，2013，22（6）：141－143.

［2］ 戴芳，闫烨，孙安垣.2006年我国热塑性工程塑料进展［J］.工程塑料应用，2007，35：68－74.

［3］ Paukszta D，Garbarczyk J，Sterzynski T.Structure of polypropylene／polycarbonate blends crystallized under pressure ［J］.Polymer，1994，36（6）：1309－1313.