PC及其合金应用与开发

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PC及其合金应用与开发


摘要：  本文简要叙述了PC及其几种常见合金的性能与应用。重点介绍了PC/ABS合金的性能、技术及开发方向。



    聚碳酸酯(PC)是一种综合性能优良的通用工程塑料，其产量和消费量仅次于尼龙(PA)，居第二位。PC具有冲击强度高、抗蠕变性和尺寸稳定性好、良好的耐热性（130℃）、耐化学药品性、透明、吸水率低、介电性能优良、低温抗冲击能力较强、耐寒性好（脆化温度达-100℃）等优异性能。因此它被广泛应用于汽车、飞机、电子、电气、家用电器、信息、机械等领域，制成品有汽车仪表板、装饰样板、导流板、轮盖、仪表罩、车灯灯罩、家用电器零部件、照明器具、计算机外壳、接线板、支架、线圈骨架、仪器壳体、插座、光盘（CD、DVD）、垫圈、套管、印刷电路板、光学机械（医学器械）、轴承、齿轮、电表转鼓、飞机座舱盖、照相机部件、开关、手柄、按钮、安全帽、标牌、饮料器具等。但是由于PC分子链的高刚性和大的空间位阻使其具有较高的熔体粘度，因此加工困难，难于制成大型制品，且制品残余应力大，易发生应力开裂。另外，PC的耐溶剂性和耐磨损性较差，且价格偏高。这些缺点使它在许多领域中的应用受到限制。因此对PC进行改性是十分必要的。

       PC的改性包括化学改性和物理改性。化学改性是通过接枝、共聚等方法改变分子结构达到改变PC的性能；物理改性是利用机械共混的方法，将其他高分子聚合物或改性剂与PC共混，达到微观上比较均匀的单相或多相体系，从而使PC的性能得到加强。

物理改性由于投资小、见效快、简单易行，应用越来越广泛。常见的物理改性方法有：增强改性、阻燃改性、耐热改性、与其它高聚物的共混改性等。

    PC的共混合金化是PC改性的一种重要方法，它能使其性能取长补短、更为完善而得到更广泛的应用。一大批性能优良的新型PC合金已投放市场并得到应用。

  

一．PC/ABS合金

1．综合性能

PC/ABS是最早工业化的PC合金产品。ABS具有良好的耐冲击性和加工流动性，价格较PC更便宜。将PC与ABS共混制备PC/ABS合金在性能上可以取长补短，合金材料较PC提高了流动性，改善了加工性能，减小了制品对应力的敏感性并降低了成本，又比ABS提高了耐热性、耐冲击性等。目前全球PC/ABS合金市场很好，也是最重要的PC合金，PC和ABS的相容性很好，即使不用相容剂，也能得到很好的抗冲击强度和耐热性，并可改善制品表面凹陷与翘曲的缺陷。

2．技术进展

2.1 增容技术

    在PC/ABS共混体系中加入增容剂可进一步提高PC与ABS的相容性，从而提高合金的性能。在PC/ABS共混物中加入SMA（苯乙烯--马来酸酐共聚物），可使共混物的缺口冲击强度提高2倍以上，伸长率提高3倍以上；LDPE-g-MAH（低密度聚乙烯接枝马来酸酐）对PC/ABS共混体系也有较好的增容作用，可改善PC/ABS共混物的耐热性，提高冲击强度、拉伸强度和伸长率等性能，但增容剂的合金量不能过高，以6%-7%为宜。丙烯酸酯弹性体作为PC/ABS合金的增容剂作用优于接枝PE，能大大提高合金的接缝强度。

2.2 PC/ABS含量比对其性能影响

    据报道，当PC/ABS配比为70/30时，拉伸强度出现极大值；当PC/ABS配比为80/20时，冲击强度出现最大值。纯PC随温度的降低，冲击强度会逐渐下降，从韧性破坏变成脆性破坏（在-20℃左右出现一个拐点），用ABS（20-30%）与PC共混，可克服这一缺陷。当ABS含量为50%时，PC/ABS的流动性最好。综合强度、流动性、价格各方因素，一般取ABS为30-70%为宜。

3．研究方向

3.1 高流动性PC/ABS合金

    选取分子量适宜的PC与熔体流动速率(MFR)较高的ABS，利用合适的共混比例，可以制出高流动性的合金材料，弥补了普通PC不能制作大型制件的不足，如用它代替ABS制成的汽车仪表板等汽车部件，不但具有更好的耐热性和冲击韧性，而且具有良好的涂饰性和覆盖性，表面无须预处理就可直接涂饰。

3.2 高抗冲、耐热性PC/ABS合金

3.3 阻燃性PC/ABS合金

    PC树脂具有一定的阻燃性，在PC/ABS合金体系中加入少量的添加型阻燃剂（如卤素），即可得到优良的阻燃性，但合金的冲击韧性变差。在PC/ABS合金中加入一种含卤素的聚合物（称之为EE）作为增容剂和辅助阻燃剂，同时加入极少量的卤化物（仅为常用量的1/4）和阻燃协同剂，就能得到冲击性和阻燃性（V-0级）均很好的材料；如果使用BPA与TBBPA共缩聚的PC与ABS共混，则可得到冲击性和阻燃性更加优异的合金材料。

3.4 抗紫外线老化PC/ABS合金

3.5 抗静电PC/ABS合金

    在PC/ABS合金中加入二阶的烷基苯磺酰盐，可以降低材料的表面电阻率和体积电阻率，具有明显的抗静电效果；增容剂PE-g-MAH也能提高其抗静电性能。

4  应用

    PC/ABS合金已广泛应用于汽车仪表板、支架、盖板、通风口、防冻板、装饰样板、导流板、轮盖、仪表罩、保险杠、散热器格栅、车灯（壳）、排气管、箱盖、托架、家用电器外壳（电话、计算机等）、电容器外壳、办公设备（传真机、复印机、打字机）、电子电器部件、厚壁电器壳体、电池盒、CD光盘、运动器械部件、草坪花园设备部件、电动工具外壳、安全帽等。

二．PC/PO合金

    用价廉、低熔点、高流动性的聚烯烃(PO)改性PC，是为了降低PC的熔体粘度，改善成型加工性能和耐应力开裂性，提高冲击强度、拉伸强度和断裂伸长率，并降低产品成本。

    在PC中加入PE可改进PC的厚壁耐冲击性，降低熔体粘度，提高其耐沸水性、耐侯性和耐热老化性，而拉伸强度、弯曲强度几乎保持不变，热变形温略有下降[1]，在PC/PE中加入EVA可改善共混物的相容性。

    在PC中加入10-20%的PP可提高其冲击强度，加入马来酸酐接枝PP可改善PP的极性，提高PP与PC的相容性，从而提高PC/PP合金的冲击强度。

PC/PO合金适宜制作机械零件、电工零件、板、管以及安全帽等防护用品，也可用以生产容器、餐具等日常用品。

三．PC/PS合金

    PC/PS合金为部分相容，非晶/非晶体系。在PC中加入PS可降低PC的粘流活化能，从而改善PC的加工流动性，加入少量的PS可使PC的熔体粘度大幅度下降，PS在PC中还可起到刚性有机填料的作用。PC与PS均为透明材料，二者的折射率非常接近（1.587，1.590），因此PC/PS合金是透明的，具有良好光学特性。

    PC/PS合金的组成对合金的力学性能、热性能和加工性能影响较大。随着PS含量的增加，PC/PS共混体系的流动性增加，硬度提高、热变形温度下降，而拉伸强度和冲击强度随PS含量的增加而出现一个峰值然后再下降[2]。

    增容剂对PC/PS共混体系的性能有较大的影响。接枝PS对PC/PS共混体系有增容作用，这种材料适合制作光盘。日本出光石油化学公司推出了不含卤素的PC/PS阻燃合金系列，该产品具有韧性强、流动性好、刚性高、阻燃等特点。

四．PC/PBT合金

    PC中加入PBT提高了流动性，改善了加工性能和化学药品性。但由于PBT是结晶聚合物，与PC共混时易发生相分离，界面粘结不好，因而冲击韧性不理想，通常需要加入一定量的弹性体以提高共混物的冲击强度。如乙烯/甲基丙烯酸共聚物的锌盐对PC/PBT共混体系有增容增韧作用，还能提高共混体系的结晶度；PC/PBT加入少量MFR（熔体流动速率）较大的LDPE，可提高共混物的流动性能，对共混体系起增韧作用，并可改善合金的外观；在PC/PBT加入EVA可进一步增加PC/PBT的相容性，并提高流动性。

    PC/PBT合金在室温和低温下耐冲击性能好，缺口敏感性好，尺寸稳定性好，耐汽油泄漏，加工范围宽，耐热140℃，耐老化，已广泛应用于汽车减震器、通风格栅、镜架、门框及手柄等，在计算机（外壳）、滑雪板、冰鞋、太阳镜中也能得到应用。

五．PC/PET合金

    PC与PET部分相容，二者共混既可保留PC的高耐热性，又可提高体系的耐溶剂性和耐应力开裂性，并改善体系的流动性。但由于PET在低温下的结晶速度慢，随着PET的加入，其冲击强度会急剧下降，影响材料的使用。在PC/PET中加入2-5份弹性体E或乙烯/丙烯共聚物可大大提高共混物的冲击强度。

    PC/PET合金既有PC的韧性、刚性和耐热性，又有PET 的耐化学药品性，在汽车工业主要用于要求对汽油、液压气体、传送气体和电机润滑油具有化学稳定性的汽车零部件，在汽车前格栅，烟筒排气口，镜架、牌照架中也得到应用。

六．PC/PA合金

PC/PA共混物具有极高的耐化学药品性、优良的抗冲击性和加工流动性，是一类新型的聚合物合金。加入增容剂可使分散相微细化，晶体与非晶体分散更加均一，共混物性能更加提高，在汽车配件（轮罩、门拉手）、电器外罩上得到使用；将PC与无定型PA共混[3]，可制得抗冲、耐热、耐溶剂、熔体粘度稳定性均优良的合金材料，特别适宜制作眼镜片、光学镜片、高级仪表壳等制品。但PC与PA共混时易发生氨基交换反应,这点可通过加入马来酸酐-丙烯酸酯共聚物来解决.

七．其它合金

    除以上主要合金外，PC/SMA合金(提高耐热性、冲击强度和加工流动性)、PC/核壳聚合物合金(MBS、ACR等，提高冲击强度)、PC/弹性体合金(TPU、MMA、丁腈胶类共聚物，降低缺口敏感性)，PC/POM合金(耐有机溶剂和应力开裂)、PC/PMMA合金(金属光泽)、PC/氟树脂合金(提高耐磨性)[4]、PC/PA1010合金也有一定的研究，其中PC/SMA合金已有商品化产品。

八．结语

    PC合金以它优异的性能价格比，越来越受到市场的青睐。随着各行各业对它的巨大需求，降低常用PC合金品种的成本，开发一些性能更优异的新型合金，如PC/PA、PC/PBT、耐热PC/ABS、阻燃特别是无卤阻燃合金，已成为开发者的当务之急。