绥化蟹贤科技有限公司

聚碳酸酯(PC)／聚對苯二甲酸丁二酯(PBT)合金保持了結晶材料PBT的耐化學(xué)藥品性好、易加工成型的特點(diǎn)又結合了非結晶材料PC缺口沖擊強度高，尺寸穩定性好的優(yōu)勢，PC與PBT合金的共混本質(zhì)上就是取長(cháng)補短，具有很高的商業(yè)潛力，在汽車(chē)，家電以及電子電工等領(lǐng)域得到了廣泛的應用。對于耐熱性和力學(xué)性能要求較高的領(lǐng)域，簡(jiǎn)單的PC／PBT合金很難滿(mǎn)足要求，玻璃纖維(GF)由于其高強度、高模量且成本低廉，被廣泛地應用在復合材料領(lǐng)域，利用GF增強PC／PBT合金，不僅可以提高復合材料的耐熱性與力學(xué)性能，而且可以提升復合材料的尺寸穩定性且降低生產(chǎn)成本。目前對于PC／PBT合金的研究報道較多，但對PC／PBT／GF三元復合材料的報道較少，上海日之升科技有限公司采用GF增強PC／PBT合金，研究了各組分含量以及增容劑對復合材料性能的影響，為工業(yè)應用提供參考。

1　試樣制備

首先將PC和PBT原料放置于100℃烘箱中干燥6 h；然后按照一定配方，在高速混合機中混合30 min。將上述混合均勻的材料在雙螺桿擠出機上熔融擠出，各擠出段的溫度分別設置為230，230，240，240，240，240，240，240，240，230℃，喂料電機頻率12 Hz，螺桿轉速為400 r／min，擠出后的粒子經(jīng)過(guò)水冷，切粒，然后將粒子在100℃烘箱中干燥6 h后用注塑機注塑成樣條，注塑溫度為230～240℃。

2 不同比例下PC／PBT合金的性能

為了研究PC與PBT比例對合金力學(xué)性能的影響，按照表1的配方，制作出5種試樣，研究不同PC含量下的PC／PBT合金的拉伸與缺口沖擊強度。

2.1 PC／PBT合金的力學(xué)性能

圖1為不同PC含量的PC／PBT合金的拉伸強度和缺口沖擊強度。由圖1可知，隨著(zhù)PC含量的增加，合金的拉伸強度和缺口沖擊強度都呈現出先增大后減少的趨勢，當PC含量為70份時(shí)，拉伸強度為71.6 MPa，缺口沖擊強度為10.21 kJ／m2，兩種力學(xué)性能都達到了最優(yōu)值。

在PC含量低時(shí)合金主要表現了PBT的性能，因此合金的力學(xué)性能相對較差，隨著(zhù)PC含量的增加，合金中PC逐漸由分散相向連續相轉變，合金開(kāi)始表現出PC的性能，由于PC的沖擊以及拉伸性能較高，所以力學(xué)性能開(kāi)始增加，當PC含量超過(guò)70份時(shí)性能開(kāi)始下降，是由于PC與PBT結構上都含有酯基，理論上有一定的相容性但是畢竟有限，而且在共混加工的過(guò)程中，大量的反應性酯基很容易導致酯交換反應，使得材料從簡(jiǎn)單的物理共混變成嵌段共聚物，所產(chǎn)生的共聚物也會(huì )抑制兩者的相容，因此PC與PBT只是部分相容且存在相容性最優(yōu)比例，當PC含量超過(guò)70份時(shí)相容性下降，因此PC／PBT合金的力學(xué)性能降低。

2.2 ?PC／PBT合金的DSC分析

圖2為不同比例下PC／PBT合金的DSC升溫的曲線(xiàn)。圖2反映了合金的熔融行為，從圖2可以看出，純PBT的熔融峰為231℃，當PC與PBT熔融之后，合金材料的熔融峰值開(kāi)始向低溫偏移，當PC含量從10份增加到70份時(shí)，熔融峰值幾乎不變，基本都保持在208℃左右，并且PC含量為70份時(shí)，合金出現了不太明顯的冷結晶峰，PC含量超過(guò)70份時(shí)，合金的升溫曲線(xiàn)中不再出現明顯的熔融峰。

圖3示出了不同比例下PC／PBT合金的DSC降溫曲線(xiàn)，純PBT的結晶峰為176℃，當PC與PBT比例為1／9，3／7，5／5時(shí)結晶峰值分別為174℃，168℃和160℃。從圖3可以看出，隨著(zhù)PC含量增加，合金的結晶峰逐漸降低，當PC含量達到90份，圖像中無(wú)法看出明顯的結晶峰。

3　PC／PBT／GF三元復合材料的性能

通過(guò)上述分析，可以知道PC∶PBT=7∶3時(shí)，PC／PBT合金材料既可以保持一定結晶性聚合物的特征，力學(xué)性能又較為優(yōu)異，因此選擇在該比例下研究GF含量的變化對PC／PBT／GF三元復合材料性能的影響，為了體現配方的合理性，更加結合實(shí)際地反應GF含量對PC／PBT／GF材料的影響，因此在配方中加入2份的硅烷偶聯(lián)劑作為增容劑，其配方見(jiàn)表2。

3.1 GF含量對PC／PBT／GF三元復合材料力學(xué)性能的影響

圖4為不同GF含量的PC／PBT／GF復合材料的拉伸和彎曲性能。從圖4可以看出，沒(méi)有添加GF時(shí)PC／PBT合金的彎曲強度為2500 MPa，隨著(zhù)GF含量的增加，PC／PBT／GF復合材料的彎曲彈性模量增加，當GF含量達到50份時(shí)彎曲彈性模量達到8.5 GPa。隨著(zhù)GF含量的增加，PC／PBT／GF復合材料的拉伸強度先增加后減少最后趨于穩定，在GF含量為20份時(shí)，拉伸強度最高為82 MPa。

圖5為不同GF含量的PC／PBT／GF復合材料的缺口沖擊強度。從圖5可以看出，隨著(zhù)GF含量的增加，復合材料的缺口沖擊強度先減小后增大，在沒(méi)有加入GF時(shí)，復合材料的缺口沖擊強度為10.21 kJ／m2，當加入10份的GF后，PC／PBT／GF復合材料的缺口沖擊強度迅速下降到3 kJ／m2，之后隨著(zhù)GF含量的增加缺口沖擊強度逐漸增加，當GF含量為50份時(shí)，缺口沖擊強度達到11 kJ／m2。

3.2 不同GF含量下PC／PBT／GF三元復合材料的DSC降溫曲線(xiàn)

當PC∶PBT=7∶3時(shí)，圖6為不同GF含量的PC／PBT／GF復合材料的DSC降溫曲線(xiàn)。從圖6可以看出，隨著(zhù)GF含量的增加PC／PBT／GF復合材料的DSC曲線(xiàn)的結晶峰從不明顯逐漸出現了較為明顯的結晶峰，當GF含量為40份時(shí)在123℃和161℃出現了雙結晶峰。由于PC抑制了材料的結晶性能，使得DSC降溫曲線(xiàn)的結晶峰不明顯，隨著(zhù)GF含量的增加結晶峰逐漸明顯，說(shuō)明材料的結晶性能有所提高，結晶速度加快。這是因為GF在樹(shù)脂結晶的過(guò)程中可以充當成核劑的作用，促進(jìn)異相成核且誘導復合材料的結晶，提高了結晶速度。但是PC對結晶的抑制作用依然存在，因此在GF含量為40份時(shí)，由于復合材料的結晶性能依然受到了部分抑制，所以出現了雙結晶峰。

4　增容劑對PC／PBT／GF三元復合材料性能的影響

PC／PBT／GF三元復合材料中，由于PC屬于非結晶聚合物，PBT屬于結晶性聚合物，GF屬于無(wú)機非金屬材料，材料的界面粘結不良，因此需要加入增容劑提高復合材料的結合力。上海日之升科技有限公司采用了兩種雙官能團化的乙烯類(lèi)彈性體(AX8900和PTW)，硅烷偶聯(lián)劑(KH–550)作為增容劑，研究了它們的含量對PC∶PBT=7∶3且GF含量為30份時(shí)的PC／PBT／GF三元復合材料性能的影響，配方見(jiàn)表3。

4.1 增容劑對PC／PBT／GF三元復合材料彎曲性能的影響

圖7為不同增容劑含量的PC／PBT／GF復合材料的彎曲彈性模量。從圖7可以看出，隨著(zhù)3種增容劑含量的增加，彎曲彈性模量先增大后減少，且在含量為1份時(shí)，PTW和AX8900增容的復合材料的彎曲彈性模量都達到最大值，分別是未添加增容劑的1.1倍與1.13倍，當KH–550含量為2份時(shí)PC／PBT／GF復合材料的彎曲彈性模量最高，是未添加增容劑的1.09倍，當AX8900和PTW含量為3份時(shí)，PC／PBT／GF復合材料的彎曲彈性模量都出現明顯下降，比未添加增容劑的PC／PBT／GF復合材料更低。相比而言，AX8900可以在更低的含量下使PC／PBT／GF復合材料的彎曲彈性模量更好。

4.2 增容劑對PC／PBT／GF三元復合材料沖擊性能的影響?

圖8為不同增容劑含量的PC／PBT／GF復合材料的缺口沖擊強度。從圖8可以看出，三種增容劑都可以使得PC／PBT／GF復合材料的缺口沖擊強度有所上升，其中PTW和AX8900的增韌效果明顯，PC／PBT／GF復合材料的缺口沖擊強度與它們的強度呈現出正相關(guān)，在PTW和AX8900含量為1份時(shí)，PC／PBT／GF復合材料的缺口沖擊強度，分別是未添加增容劑的1.79倍和2.11倍，在PTW和AX8900含量為3份時(shí)，分別是未添加增容劑的2.86倍和2.92倍。加入KH–550后，PC／PBT／GF復合材料的缺口沖擊強度略有增加，當含量超過(guò)2份后逐漸趨于穩定，其含量為2份時(shí)的缺口沖擊強度是未加增容劑的1.14倍左右。

5　結論

(1) PC對PBT的結晶存在抑制效果，含量越高阻礙越大，PC∶PBT=7∶3時(shí)PC／PBT合金綜合力學(xué)性能最優(yōu)，拉伸強度為71.6 MPa，缺口沖擊強度為10.21 kJ／m2。

(2) PC／PBT／GF三元復合材料中，隨著(zhù)GF含量的增加，彎曲彈性模量增加，拉伸強度先增加后下降再趨于穩定，缺口沖擊強度先下降后上升。GF可以起到異相成核的效果，提高三元復合材料的結晶速度且含量越高效果越明顯。

(3)三種增容劑中，KH–550含量為2份時(shí)效果最佳，PTW和AX8900在含量為1份時(shí)效果最佳，在含量低于1份時(shí)主要起到增容的效果，當超過(guò)1份時(shí)增韌效果明顯，會(huì )導致PC／PBT／GF三元復合材料的剛性下降，綜合比較加入增容劑AX8900的PC／PBT／GF三元復合材料的增韌效果最好。

該內容摘自:梁偉成，阮靜，張浩.組分對PC／PBT／GF三元復合材料的影響[J].工程塑料應用，2020，48(2)：108–113.