改性PCABS塑料合金的制备及力学性能研究
第２１卷２００８年６月
第２期
石油化工高等学校学报
ＪＯＵＲＮＡＬ
ＯＦ
Ｖ０１．２１
Ｎｏ．２
ＰＥＴＲＯＣＨＥＭＩＣＡＩ。ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＩＥＳ
Ｊｕｎ．２００８
文章编号：１００６—３９６Ｘ（２００８）０２－－００４５－－０３
改性ＰＣ／ＡＢＳ塑料合金的制备及力学性能研究
司春雷１，
包建华２，
吴全才１
（１．沈阳工业大学石油化工学院，辽宁辽阳１１１００３；
２．盘锦市科技局高新办，辽宁盘锦１２４０００）
摘要：采用熔融共混工艺路线，选用合适的ＰＣ，ＡＢＳ和相客剂，制备了ＰＣ／ＡＢＳ合金材料，通过ＤＳＣ和力学
性能测试对所得到的合金材料进行了结构及力学性能表征。结果表明，ＰＣ与ＡＢＳ为部分相客体系，加入相容剂ＡＢＳ—ｇ—ＭＡＨ和ＰＥ—ｇ—ＭＡＨ，可以改善合金的相容性，从而提高了合金材料的综合力学性能。ＡＢＳ—ｇ—ＭＡＨ的改性效果要好于ＰＥ—ｇ—ＭＡＨ，ＡＢＳ—ｇ—ＭＡＨ中的ＡＢＳ部分与ＰＣ／ＡＢＳ合金中的ＡＢＳ相具有相似结构，并且酸酐基团可以与ＰＣ发生酯交换反应，因而可以更好的融入ＰＣ相中，提高了两相的界面黏结力而导致力学性能的提高。
关键词：ＰＣ；ＡＢＳ；合金；相容剂；中图分类号：ＴＱ３２４．８
力学性能
文献标识码：Ａ
Ｒｅｓｅａｒｃｈ
ｏｎ
ｔｈｅＭｏｄｉｆｉｅｄ
ａｎｄ
ＰＣ／ＡＢＳＡｌｌｏｙＭａｔｅｒｉａｌｓ
ＭｅｃｈａｎｉｃａｌＰｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ
Ｊｉａｎ—ｈｕａ２，ＷＵＱｕａｎ—ｃａｉｌ
ＳＩＣｈｕｎ—ｌｅｉｌ，ＢＡＯ
（１．Ｓｃｈｏｏｌ
ｏｆＰｅｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＳｈｅｎｙａｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＬｉａｏｙａｎｇＬｉａｏｎｉｎｇ１１１００３，Ｐ．Ｒ．Ｃｈｉｎａ；
２．ＰａｎｊｉｎＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＳｃｉｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＰａｎｊｉｎＬｉａｏｎｉｎｇ１２４０００，Ｐ．Ｒ．Ｃｈｉｎａ）
Ｒｅｃｅｉｖｅｄ１７
Ｊａｎｕａｒｙ２００８；ｒｅｖｉｓｅｄ１Ａｐｒｉｌ２００８；ａｃｃｅｐｔｅｄ１５Ａｐｒｉｌ２００８
ｐｒｏｃｅｓｓ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＰＣ／ＡＢＳａｌｌｏｙｗａｓｐｒｅｐａｒｅｄｔｈｒｏｕｇｈｍｅｌｔｂｌｅｎｄｉｎｇ
ａｇｅｎｔｓ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗ
ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ
ｂｙｕｓｉｎｇ
ＰＣ，ＡＢＳａｎｄｄｉｆｆｅｒｅｎｔｋｉｎｄｓｏｆｃｏｍｐａｔｉｂｉｌｉｚｉｎｇ
ａｎｄｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｗｅｒｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚｅｄｂｙＤＳＣａｎｄｎｏｒｍａｌｍｅｃｈａｎｉｃａｌｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄｓ．Ｔｈｅ
ｔＯ
ｔｈａｔ
ＰＣ／ＡＢＳｂｅｌｏｎｇｓｐａｒｔｉａｌｌｙ—ｃｏｍｐａｔｉｂｌｅｓｙｓｔｅｍ，ｔｈｅｃｏｍｐａｔｉｂｉｌｉｔｙａｎｄ
ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ
ｔｏ
ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｃｏｕｌｄ
ｂｅ
ｉｍｐｒｏｖｅｄｗｈｅｎ
ｅｏｍｐａｔｉｂｉｌｉｚｉｎｇａｇｅｎｔｓ
ＡＢＳ—ｇ——ＭＡＨａｎｄＰＥ——ｇ——ＭＡＨｗｅｒｅａｄｄｅｄ
ｒｅａｓｏｎ
ｔｈｅｂｌｅｎｄｉｎｇ
ｓｙｓｔｅｍ．Ｔｈｅ
ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ
ｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎｅｆｆｅｃｔｏｆｏｆ
ＡＢＳ—ｇ—ＭＡＨｉｓｂｅｔｔｅｒｔｈａｎｔｈａｔｏｆＰＥ—ｇ—ＭＡＨ．Ｔｈｅ
ｉｓｔｈａｔｔｈｅｓｉｍｉｌａｒｍｏｌｅｃｕｌａｒ
ｅｓｔｅｒ
ＡＢＳ—ｇ—ＭＡＨａｎｄＰＣ／ＡＢＳａｌｌｏｙ。ａｔｔｈｅｓａｍｅｔｉｍｅ，ｔｈｅｉｎｔｅｒｆａｃｅａｄｈｅｓｉｏｎｃｏｕｌｄｂｅｉｍｐｒｏｖｅｄｔｈｒｏｕｇｈ
ＡＢＳ—ｇ—ＭＡＨａｎｄＰＣ．
ｅｘｃｈａｎｇｅ
ｒｅａｃｔｉｏｎｂｅｔｗｅｅｎａｃｉｄａｎｈｙｄｒｉｄｅｉｎ
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｐｏｌｙｃａｒｂｏｎａｔｅ；Ａｃｒｙｌｏｎｉｔｒｉｌｅ－－ｂｕｔａｄｉｅｎｅ－－ｓｔｙｒｅｎｅｐｏｌｙｍｅｒ；Ａｌｌｏｙ；ＣｏｍｐａｔｉｂｉｌｉｚｉｎｇＣｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ
ａｇｅｎｔ；Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ
ｐｒｏｐｅｒｔｙ
ａｕｔｈｏｒ．Ｔｅｌ．：＋８６～４１９—５３１９２３６；ｆａｘ：＋８６—４１９—５３１１９８９；ｅ－－ｍａｉｌ：ｚｈａｏｘｙｄｑ＠１６３．ｔｏｍ
聚碳酸酯（ＰＣ）是一种性能优异的工程塑料，具有突出的冲击韧性、宽广的使用温度范围和良好的电绝缘性．已经在汽车和电子电器工业中得到了广泛应用。但ＰＣ熔体黏度大、成型加工困难，特别是大型制品容易产生应力开裂、耐化学药品性差，而且价格较高，这些不足使ＰＣ的应用受到了一定限制。
ＡＢＳ树脂的性能介于工程塑料和通用塑料之间，具有良好的耐冲击性能和加工性能，价格也比较
收稿日期：２００８—０１—１７
便宜，但其耐热性、耐候性差，机械性能不够理想。
以ＰＣ和ＡＢＳ为主要原料的Ｐｃ／ＡＢＳ合金是一种重要的工程塑料合金，具有良好的成型性和耐低温冲击性能，较高的热变形温度及光稳定性。与ＰＣ相比，ＰＣ／ＡＢＳ合金降低了熔体黏度，改善了加工性能，并大大提高了产品耐应力开裂性能；与ＡＢＳ相比，ＰＣ／ＡＢＳ合金提高了耐热性和耐候性Ｄ－３３。成本低于ＰＣ，兼具ＰＣ与ＡＢＳ两者的性能，因此具有广阔的应用前景和巨大的市场价值，其主要应用领域包括汽车、电子、电器等行业。
如何改善ＰＣ／ＡＢＳ合金的相容性，提高合金的综合力学性能，是目前有关ＰＣ／ＡＢＳ合金改性亟需
作者简介：司春雷（１９６１一），男。辽宁喀左县，副教授，硕士。基金项目：辽宁省教育厅资助项目（２０４６１４８４）。
万方数据
石油化工高等学校学报
第２１卷
解决的一个实际问题‘４＿８］。本文采用熔融共混的工艺路线，通过选用不同种类的相容剂，制备得到了ＰＣ／ＡＢＳ合金，并对所得到合金的结构和性能进行了分析和讨论。
１
实验部分
１．１
实验原料
ＡＢＳ树脂：通用级，大庆石化公司；聚碳酸酯：德国巴斯夫公司，ＰＣ６７０５，Ｍ。一３．０×１０４；ＡＢＳ—ｇ—ＭＡＨ接枝聚合物：市售；ＰＥ—ｇ—ＭＡＨ接枝聚合物：市售。
１．２
ＰＣ／ＡＢＳ合金样品制备
首先将ＰＣ在１２０℃下干燥１２ｈ，ＡＢＳ在８０℃下干燥８ｈ。然后将ＰＣ，ＡＢＳ分别按照质量比
１００；０，８０：２０，６０：４０，５０：５０，４０：６０，２０：８０，
０：１００预先加入添加剂混合，然后采用南京科亚塑料机械有限公司生产的西３５双螺杆挤出机造粒进行挤出实验。挤出机机筒温度分别为２００，２２０，２４０，２４５，２５０，２５５℃。熔体温度２４５℃。粒料干燥后在柳州塑料机械总厂生产的Ｓｚ一６８注塑机上制备标准样条，注射温度为２４０℃。试样注射后平衡２４ｈ
进行力学性能测试。
以质量比６０：４０的ＰＣ，ＡＢＳ为基础，分别加入占ＰＣ／ＡＢＳ总质量ｌ％，３％，５％，７％，９％的ＡＢＳ—ｇ—ＭＡＨ和ＰＥ～ｇ—ＭＡＨ接枝聚合物。采用同制备ＰＣ／ＡＢＳ合金相同的方法制备改性的ＰＣ／ＡＢＳ合金材料。１．３性能测试
采用瑞士梅特勒公司生产的ＤＳＣ８２２。示差扫描量热仪对不同组成的ＰＣ／ＡＢＳ共混合金分别进行示差扫描量热分析，升温速率２０℃／ｍｉｎ，氮气保
护。
使用深圳市新三思材料检测有限公司生产的ＣＭＴ６１０４万能实验机，承德市试验机厂生产的
ⅪＵ一２２冲击试验机进行拉伸强度、简支梁缺口冲
击强度测定。拉伸试验按照ＧＢｌ０４０～９２进行测试，拉伸速度为５０ｍｍ／ｍｉｎ；冲击试验方法按照ＧＢｌ０４３—９３进行测试。
２
结果与讨论
聚合物合金不仅能综合各组分的性能而且还可
以屏蔽掉各组分的一些缺点，但是这些优点都是在各组分混合后相容性好的条件下才实现的，不相容合金往往会因界面的不良黏结而使合金的力学性能下降。ＰＣ，ＡＢＳ的分子中都含有大量的苯环结构，
万
方数据ＰＣ的溶解度参数为３９．８～４０．０（Ｊ／ｃｍ３）“２，ＡＢＳ的溶解度参数为４０．２～４１．９（Ｊ／ｃｍ３）“２，根据相似相容原理可知ＰＣ和ＡＢＳ有一定的相容性［９－１…。
２．１
ＰＣ／ＡＢＳ合金的ＤＳＣ
图１给出了ＰＣ／ＡＢＳ合金的ＤＳＣ升温曲线，从
图１曲线中可以看出，ＰＣ／ＡＢＳ合金中可以表现出两个玻璃化转变温度（ｔ），表１给出了ＰＣ，ＡＢＳ合金玻璃化转变温度的具体数值。同ＰＣ相比较，Ｔｇ向低温区有明显漂移，而同ＡＢＳ相比较，Ｌ则向高温区明显漂移。ＰＣ相与ＡＢＳ相玻璃化转变温度的这种相互接近说明了合金中两组分之间存在着部分相容性。苯乙烯一丙烯腈（ＳＡＮ）组分在ＰＣ相中的部分溶解导致了ＰＣ相玻璃化转变温度的降低，当ＰＣ，ＡＢＳ质量比在６０：４０时两者的玻璃化转变温度之差△Ｔｇ最小，表明此时ＰＣ与ＡＢＳ具有较好的
相容性。
Ｆｉｇ．１
ＤＳＣ
ｈｅａｔｉｎｇ
Ｃｕｒｖｅ
ｆｏｒｔｈｅ
ＰＣ／ＡＢＳ
ａｌｌｏｙ
图１ＰＣ／ＡＢＳ合金的ＤＳＣ升温曲线表１
ＰＣ／ＡＢＳ合金玻璃化转变温度
Ｔａｂｌｅ１
Ｔｈｅ
ｇｌａｓｓｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ
ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｏｆＰＣ／ＡＢＳ
ａｌｌｏｙ
２．２不同条件下ＰＣ／ＡＢＳ合金的冲击性能
图２给出了不同组成ＰＣ／ＡＢＳ合金的冲击性
能实验结果，图３给出了加入不同种类增容剂后合金的冲击性能试验结果。从图２，３可以看出加入两种增韧剂后合金的冲击强度有较大幅度的提高，ＰＣ／ＡＢＳ的所有组分的冲击强度全部集中在５～２０ｋＪ／ｍ２，而经过两种相容剂改性后的合金冲击强度
在３５～５０
ｋＪ／ｍ２。对比两种增韧剂，可以看出经
第２期司春雷等．改性ＰＣ／ＡＢＳ塑料合金的制备及力学性能研究
４７
ＡＢＳ—ｇ—ＭＡＨ改性后合金材料的冲击强度较ＰＥ
—ｇ—ＭＡＨ改性提高幅度大。
ｒ
ｇ
●
２＼划
懋叱
女
ｗ（ｐｃ）．％
Ｆｉｇ．２
Ｉｍｐａｃｔ
ｓｔｒｅｎｇｔｈａｓ
ａ
ｆｕｎｃｔｉｏｎ
ｏｆｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ
ｃｏｎｔｅｎｔ
ｆｏｒ
ＰＣ／ＡＢＳ
ａｌｌｏｙ
图２不同组成的ＰＣ／ＡＢＳ合金冲击强度“
钳（相客剂），％
Ｆｉｇ．３
Ｉｍｐａｃｔ
ｓｔｒｅｎｇｔｈ
ａｓ
ａ
ｆｕｎｃｔｉｏｎｏｆｃｏｍｐａｔｉｂｉｌｉｚｅｒ
ｃｏｎｔｅｎｔｆｏｒＰＣ／ＡＢＳ
ａｌｌｏｙ
图３ＰＣ／ＡＢＳ合金的冲击强度与相容剂加入量关系曲线
２．３
ＰＣ／ＡＢＳ合金的断裂伸长率
图４给出了不同相容剂加入量的ＰＣ／ＡＢＳ合
金的断裂伸长率试验结果。可以看出加入相容剂后ＰＣ／ＡＢＳ合金的断裂伸长率相对于ＰＣ／ＡＢＳ合金来说有较大提高，且当相容剂的加入质量分数在５％时，两种相容剂改性的ＰＣ／ＡＢＳ合金的断裂伸长率达到了最大值。
埘（相客刑），％
Ｆｉｇ．４Ｂｒｅａｋｉｎｇｅｌｏｎｇａｔｉｏｎ
ｒａｔｅａｓｎ
ｆｕｎｃｔｉｏｎｏｆ
ｃｏｍｐａｔｉｂｉｌｉｚｅｒ
ｃｏｎｔｅｎｔｆｏｒ
ＰＣ／ＡＢＳ
ａｌｌｏｙ
图４
ＰＣ／ＡＢＳ合金的断裂伸长率与相容剂
加入量关系曲线
２．４
ＰＣ／ＡＢＳ合金弹性模量
图５给出了不同相容剂加入量对Ｐｃ／ＡＢＳ合
金弹性模量影响的关系曲线。可以看出相容剂改性
后的ＰＣ／ＡＢＳ合金的弹性模量相对于纯的ＰＣ／
ＡＢＳ合金有一定程度的下降。因此可以证明相容
万
方数据剂的加入可降低硬度使材料的抗冲击性能增强。
￡芝≥毛
－－
×
相端
赳
技
加（相容剂），％
Ｆｉｇ．５
Ｅｌａｓｔｉｃｍｏｄｕｌｕｓ
ａｓａｆｕｎｃｔｉｏｎ
ｏｆｃｏｍｐａｔｉｂｉｌｉｚｅｒ
ｃｏｎｔｅｎｔｆｏｒＰＣ／ＡＢＳ
ａｌｌｏｙ
图５ＰＣ／ＡＢＳ合金弹性模量与相容剂加入量关系曲线
２．５
ＰＣ／ＡＢＳ合金的拉伸强度
图６为ＰＣ／ＡＢＳ合金的拉伸强度与相容剂加入量的关系曲线。结果表明，加入相容剂后，ＰＣ／ＡＢＳ合金的拉伸强度变化幅度不大，经ＡＢＳ—ｇ—ＭＡＨ改性后的ＰＣ／ＡＢＳ合金的拉伸强度稍高于经ＰＥ—ｇ—ＭＡＨ改性的合金的拉伸强度。
伽（相容剂），％
Ｆｉｇ．６
Ｔｅｎｓｉｌｅ
ｓｔｒｅｎｇｔｈ
ａｓ
ａ
ｆｕｎｃｔｉｏｎｏｆｃｏｍｐａｔｉｂｉｌｉｚｅｒ
ｃｏｎｔｅｎｔｆｏｒ
ＰＣ／ＡＢＳ
ａｌｌｏｙ
图６
ＰＣ／ＡＢＳ合金的拉伸强度与相容剂加入量关系曲线
上述力学性能测试表明接枝及嵌段共聚物能在不相容的共混体系中起到乳化及增容剂的作用口卜”］。主要是由于该类共聚物能使相应的序列存在于基体及微区之中以保持分散相与基体之间的黏接。例如采用接枝共聚的方法在ＡＢＳ上接上具有一定反应活性的官能团，其活性官能团能与ＰＣ的端羟基或端羧基反应，形成ＰＣ—ｇ—ＡＢＳ接枝物起到增容作用。采用接枝共聚的方法在ＡＢＳ或ＰＥ
上接枝马来酸酐的官能团，这些极性基团与ＰＣ的端羟基或端羧基反应，在共混过程中形成ＰＣ—ｇ—ＡＢＳ接枝物，从而起到增容作用。ＡＢＳ—ｇ—ＭＡＨ与ＡＢＳ有很好的相容性，且ＡＢＳ—ｇ—ＭＡＨ中含有活性较强的酸酐基团，能在高温及剪切力作用下与ＰＣ发生酯交换反应。所以加入ＡＢＳ—ｇ—ＭＡＨ能明显降低ＰＣ与ＡＢＳ两相问界面张力，使体系中分散相粒子明显细化，从而提高了合金的力学性能。
（下转第５２页）
５２
石油化工高等学校学报第２１卷
附或者聚集于土壤表面的半胞束上，形成双胞束。双胞束可引起协同吸附，使ＬＡＳ吸附量呈指数增长‘１０．１１１。因此，ＬＡＳ高质量浓度下，沉积物对其的吸附更加脆弱。本次研究条件下，ＬＡＳ质量浓度为
１２００
５，７与９条件下ＬＡＳ的吸附量比苯胺不存在时的吸附量分别降低了１
８００，２０００，２２００／－ｇ／ｇ；而
ＬＡＳ质量浓度为３００ｍｇ／Ｌ时ＬＡＳ的吸附量仅分别降低了８０，２６０，３２０Ｆｇ／ｇ。
ｍｇ／Ｌ，苯胺质量浓度为２５０ｍｇ／Ｌ时，ｐＨ为
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万方数据
改性PC/ABS塑料合金的制备及力学性能研究
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司春雷， 包建华， 吴全才， SI Chun-lei， BAO Jian-hua， WU Quan-cai
司春雷,吴全才,SI Chun-lei,WU Quan-cai(沈阳工业大学石油化工学院,辽宁辽阳,111003)， 包建华,BAO Jian-hua(盘锦市科技局高新办,辽宁盘锦,124000)石油化工高等学校学报
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6. 葛腾杰. 佟华芳. 王文燕. 张明强. GE Teng-jie. TONG Hua-fang. WANG Wen-yan. ZHANG Ming-qiang 相容剂对PC/ABS合金力学性能的影响[期刊论文]-化学与生物工程2010,27(8)
引证文献(2条)
1. 任建楠. 谭志勇. 陈文强. 张会轩 SAM树脂对PC/ABS合金的改性研究[期刊论文]-广州化工 2010(3)2. 张翠翠 铅对Sn3.5Ag0.5Cu合金钎料性能的影响[期刊论文]-辽宁石油化工大学学报 2009(4)
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