PC/ABS合金材料的共混研究

 

ABS与PC的相容性及形态结构

PC, ABS的分子链中均含有苯环,PC的溶解度参数为39. 8- 41. 0(J/cm3) 1/2, ABS的溶度参数为40. 2-41. 9(J/cm3) 1/2,所以,PC和ABS具有一定的相容性,其相容性与ABS中的AN含录有关。当SAN质量分数在25%-75%之间变化时,PC与ABS之间的粘接力达到最大。

 

ABS/PC中,当PC过量时,PC包围SAN ,  SAN又包围接枝橡胶粒子,即PC相与PB相之间由SAN相隔开。PC/SAN的溶解度参数差为0.84(J/cm3) 1/2,而PC/PB的溶解度参数差为7. 45(J/cm3) 1/2 ,  PC与SAN为部分相容,而与PB不相容。所以,上述的隔相结构有利于PC与ABS之间的胶接,从而使PC与ABS之间产生部分相容的可能。研究表明,当ABS中的AN含量为25%时与PC的相容性最好。

 

当ABS含量进一步提高并超过50%时,共混体系将发生相反转,ABS成为连续相,PC成为分散相,材料的冲击强度反而下降。当ABS含量再进一步提高达到75%时,相结构表现为非典型的SAN连续相过渡体系。

 

PC/ABS合金的相容改性

由于ABS为两相结构,其中包括分散相PB和连续相SAN。而PC与PB相容性很差,因此,当ABS中橡胶含量较低时ABS/PC合金的相容性较好,反之则较差。为了提高两者的相容性,最简便的方法是在体系中加人增容剂。增容剂一般可分为三大类:聚合物型增容剂,低分子量反应型增容剂以及多组分增容剂。各类增容剂的增容原理、特点及性能简述如下。

 

    (1)采用接枝共聚方法使ABS接上具有一定反应活性的官能团,该活性官能团与PC的端经基或端竣基反应,在共混过程中形成PC-g-ABS接枝物,可起到增容作用。美国专利报道,采用一种丙烯酸烷烃醋接枝ABS(HEMA-g-ABS)为相容剂,基本配方为62. S份PC,  10份HEMA-g-ABS,  12. 5份SAN,  13份阻燃剂、1份PTFE,制得阻燃达到V-0级别、抗冲击性能优良的ABS/PC合金。Balakrishnan等以ABS熔融接枝MAH(马来酸酐)的接枝物mABS代替ABS,则PC/mABS共混体系呈层状分散结构。

 

    PC, ABS共混材料的横断面不平滑,且有凸凹不平清晰的梯槽,表明PC与ABS相容性有限。添加4份ABS-g-MA H共混的PC/ABS复合材料材料的低温横断面比较平滑,且状断面边缘模糊不清,说明相容剂的添加增加了PC八CBS合金微团间的相容性,从而使共混物结合成完整的整体。

 

    (2)采用马来酸配一苯乙烯共聚物(SMA)作增容剂,其酸配官能团能与PC的端轻基或端梭基反应,形成PC-g-SMA接枝物。此类增容剂可使ABS/PC合金的冲击强度提高2倍以上,断裂伸长率增加3倍以上。此外,SMA与ABS由于结构相似,因而两者有良好的相容性,并且活性较强的酸醉基团能在高温及剪切场下与PC发生醋交换反应,从而降低了两相的界面张力,使体系分散相颗粒细化,提高共混物的力学性能。

 

    (3) PE接枝物也可增容ABS/PC共混体系。LLDPE-g-MA H接枝物增容剂加人共混体系后,明显提高了ABS/PC共混物的耐热性,改善了体系的相容性,且冲击强度、拉伸强度和断裂伸长率均有明显的提高。美国专利报道,采用了一种含环氧基的a一烯烃聚合物作为增容剂,提高了ABS/PC共混物流动性能,且低温韧性和模量几乎未受到任何影响,适用于制作薄壁板材。

 

    (4)甲基丙烯酸甲醋一丁二烯一苯乙烯(MBS>共聚物也可作为第三组分增容ABS/PC合金。ABS/PC/MBS三者的共混比为70/10/20时合金的冲击强度,远远高于PC的冲击强度,同时三相合金的测试样条呈象牙白色,质地均匀,而且手感较好。

 

    (5)双组分增容剂对ABS/PC共混体系的增容效果比单一增容剂好。MAH-g-PP和一种环氧树脂NPES-909共同增容ABS/PC (70/30)共混体系时,含环氧基增容剂体系的屈服强度、拉伸模量和冲击强度均优于单一MAH-g-PP增容的体系。DSC测试表明,随着NPES-909含量的增加,ABS和PC的玻璃化温度逐渐接近,即体系向均相方向发展。说明此类增容剂的加人大大地改善了ABS/PC体系的相容性。

 

(6)其他类型相容剂。方少明等采用PP-g-MAH对ABS/PC共混体系进行改性,研究表明,PP-g-MAH用量为2. 5%时,ABS/PC合金缺口冲击强度达到峰值44幼/m2。用量超过2. 5%时,合金的缺口冲击强度下降。这是因为,随着PP-g-MAH的加人,可明显改善ABS与PC的相容性,在两相间形成稳定的过渡区,使两相结合紧密,冲击强度得以提高;当相容剂用量超过2. 5%时,相容剂从两相界面处析出,影响了合金的冲击性能。上海交通大学采用自制的(PP/POE> -g-MAH改性PC及合金,使改性合金缺口冲击强度达到了48. 4幼/m2,且加工性和耐沸水性得到了改善。南京聚龙工程塑料公司采用乙烯/丙烯酸醋共聚物和含有甲基丙烯酸缩水甘油醋的乙烯/丙烯酸醋共聚物增容ABS/PC合金。两种相容剂在总量添加到2%时就有较好的增韧效果,到4%时基本接近最高点,悬臂梁缺口冲击强度分别达到了66. 8幼/m2和82. 2幼/m2。乙烯/丙烯酸醋共聚物使合金的拉伸强度下降,断裂伸长率提高。含有甲摧丙烯酸缩水甘油醋的乙烯/丙烯酸醋共聚物使合金的拉伸强度和断裂伸长率都提高,可能是因为它不但属柔性材料,而巨还含有相刘一刚性的环氧基团,并月.活性非常高,导致合金分子结合非常紧密,界面豁合力非常强。韩国Pusan国立大学研究了ABS占主要成分的ABS/PC合金,结果表明,PMMA作为合金的相容剂,可以提高Izod缺口冲击强度和拉伸强度,由PMMA改性的ABS/PC界面可以改变断裂过程中的能量损耗机理。Wildes等提出了一种新型的胺官能团化的SAN ( SANa-mine)作为ABS/PC的反应相容剂。他们认为,由于PC链端缺乏功能性基团,不能为其共混合金提供一种直接的增容条件,所以合成了一种SAN-a-mme聚合物能与ABS基体相混容,并可与PC相反应,形成新的接枝聚合物SAN-g-PC,可以降低各种共混组成、各种PC分子量、各种加工条件下的SAN分散相的粒子尺寸。