耐热抗冲PC/ABS合金的研究

毕静利,张 超,张艳君,张 伟

(鲁西化工集团股份有限公司，山东 聊城 252111)

聚碳酸酯( PC )是一种集优异的力学性能、高透光性和高耐热性于一身的高端工程塑料，但分子链中含有苯环使其空间位阻较大，造成PC制品易发生应力开裂，且熔体粘度高，加工困难，加之价格较高，限制了PC的应用[1]。PC的合金化可以起到降低成本，改善缺口敏感性，提高抗应力开裂能力和加工流动性的作用，其中PC/(丙烯腈/丁二烯/苯乙烯)共聚物(ABS)合金以其高光泽性和优异综合性能广泛应用于电子电器外壳、汽车内饰等中高端市场[2]。PC/ ABS合金中主要由PC相、接枝橡胶为主链的ABS相和(丙烯腈/苯乙烯)共聚物(SAN)三相组成，很多学者研究表明，提高胶含量可有效提高合金的冲击性能[3]，但橡胶相的增加会导致合金刚性与耐热能力的下降，本文使用(甲基丙烯酸甲酯/丁二烯/苯乙烯)共聚物(MBS)提高PC/ABS相容性和韧性的同时提高SAN相的含量，使合金保持较高冲击强度的同时拉伸强度与耐热能力得到增强。

1 实验部分

1.1 主要原料

PC,聊城鲁西聚碳酸酯有限公司；ABS，奇美实业股份有限公司；SAN，镇江奇美有限公司；MBS，罗门哈斯公司。

1.2 主要仪器与设备

电热恒温鼓风干燥箱，DHG-9420AV，予华仪器有限责任公司；双螺杆挤出机组，TSB-35型，南京创博机械设备有限公司；注塑机，MA860/260G，宁波海天塑机集团有限公司；摆锤冲击仪，GT-7045-MDL，高铁检测设备(东莞)有限公司；伺服控制拉力试验机，TCS-2000，高铁检测设备(东莞)有限公司；维卡/热变形测定仪，HV-3000，高铁检测设备(东莞)有限公司。

1.3 试样制备与处理

将PC在120℃下烘干4h，将ABS和AS在80℃下烘干6 h，按不同比例混合后，在双螺杆挤出机中挤出造粒(挤出温度为220～240℃) ,合金颗粒在100℃下烘干6h后注塑成检测试样,试样在23℃、50%湿度环境中放置24h后进行性能检测。

1.4 性能测试

热变形温度：按GB/T1643-2004测定；拉伸性能:按GB/T1040-2006;缺口冲击强度：按GB/T1843-2008。

2 结果与讨论

2.1 PC含量对PC/ABS和PC/ABS/MBS合金冲击性能影响

图1是添加MBS与不添加MBS两种情况下，PC含量与合金冲击性能的关系曲线，从图1可以看出， PC含量和MBS对合金的冲击性能均有影响， PC/ABS二元合金中，PC含量小于50%时，冲击强度整体较小，低于40kJ/M2，当PC含量大于50%时，冲击强度大于50kJ/M2，其中PC含量60%时，合金韧性最佳，此时冲击强度为55kJ/M2，其原因可能是PC含量高时，合金中的连续相为PC，为合金提供了较高的冲击强度，使合金整体冲击强度较高，且ABS中的橡胶相在冲击应力作用下会产生银纹，与PC协同增韧，改善合金的冲击强度[4]，因此，在PC含量60%时，出现了韧性的最大值。PC/ABS/MBS三元共混体系中，PC与ABS共计100份，当加入6份MBS后，合金的冲击强度平均提高了10kJ/M2，原因可能是MBS中的甲基丙烯酸甲酯与PC相容性好，而橡胶相与ABS结合能力强，使MBS发挥了表面活性剂的作用，降低了PC与ABS的界面张力，增加了界面的结合力，不仅有增容作用，还有增韧的效果，提高了合金的冲击性能。

图1 PC含量对PC/ABS和PC/ABS/MBS合金冲击性能影响

2.2 PC含量对PC/ABS和PC/ABS/MBS合金拉伸屈服强度和热变形能力的影响

从图2和图3可以看出，合金的拉伸屈服强度和热变形温度与合金中PC含量成正比里关系，PC含量增加可以提高合金的强度与耐热能力，通过两条曲线对比，可以看出MBS降低了合金拉伸屈服强度和热变形温度，其原因可能是MBS成为了合金中两相的表面活性剂，增加了PC与ABS相容性的同时，也成为合金中的第三相，而MBS中的橡胶相性能最弱，从而影响了合金的性能，导致合金的拉伸屈服强度与热变形温度下降，因此，在高冲击高耐热产品开发时，需提高合金的耐热能力。

图2 PC含量对PC/ABS和PC/ABS/MBS合金拉伸性能影响

图3 PC含量对PC/ABS和PC/ABS/MBS合金热变形能力的影响

2.3 PC/ABS/SAN /MBS四元共混性能研究

根据合金比例对冲击性能影响曲线可以看出，PC/ABS比例在6∶4时，合金中添加MBS可达到最佳的冲击强度，但拉伸屈服强度和热变形温度有所下降，为弥补MBS造成的以上缺陷，将该比例下40份ABS部分替换为SAN，从图4、图5、图6可以看出，当SAN替换40%以内的ABS时，PC/ABS/SAN/MBS四元共混体系不仅保持了优良冲击性能，同时有效提升拉伸屈服强度和热变形温度。其原因是SAN中的苯乙烯含有苯环，可以为合金提供更高的强度与耐热能力，少量SAN的加入虽降低了ABS中的胶含量，但不会影响连续相PC的冲击强度和MBS的增韧效果，从而使合金保持了良好的冲击韧性。因而适量加入SAN有利于开发出同时具有优良拉伸强度、较高耐热能力和高冲击强度的高性能合金。

图4 SAN含量对合金冲击性能影响

图5 SAN含量对合金拉伸性能影响

图6 SAN含量对合金冲热变形温度影响

3 结论

(1) 随着PC 用量的增加, PC/ABS合金的拉伸屈服强度和热变形温度线性增加，且PC含量对合金的冲击性能有直接影响。

(2)MBS对合金有增容增韧的作用，可有效提高合金的冲击强度，但会降低合金的拉伸屈服强度和热变形温度。

(3) PC/ABS/SAN/MBS合金体系中，使用SAN以增加合金的拉伸强度和耐热能力，当SAN用量16份以内时，合金在保持优良冲击性能的同时增加了热变形温度和拉伸强度，热变形

温度从95℃提高至108℃，拉伸屈服强度从47MPa提高至54MPa，有效弥补MBS对合金热力学性能的影响。