《武汉工程大学学报》 2008年02期
81-83
出版日期：2008-02-28
ISSN:1674-2869
CN:42-1779/TQ
阻燃聚碳酸酯流变性能的研究
0引言聚碳酸酯（PC）的综合性能优异，尤其具有突出的抗冲击性、透明性和尺寸稳定性，优良的机械强度和电绝缘性，较宽的使用温度范围（－60℃~120℃）等，是其他通用工程树脂无法比拟的.PC本身及其与其他高聚物的共混体（或合金）广泛用于电子、电气、机械、汽车、航天航空、建筑、办公及家庭用品等领域［1，2］.但是，PC的熔体黏度高，加工较困难\[3\]，使得PC在应用中受到限制，因此需对PC进行改性研究.本文选用2种不同的流动改性剂对PC进行改性研究.研究其对阻燃聚碳酸酯的高温流变性，力学性能的影响.1实验部分1.1原料阻燃聚碳酸酯，利用日本帝人L1250Y生产的聚碳酸酯自行配制；硅酮型流动剂 A与磺酸盐型阻燃剂B均为市售商品，使用前没有经过任何处理.1.2仪器与设备SHJ36型同向双螺杆挤出机，南京诚盟化工机械有限公司制造；JPH50型注射机，广东泓利机械有限公司；万能制样机，河北省承德试验机厂；XJU22型悬臂梁冲击实验机，承德实验机有限公司；万能试验机：WDW20，深圳凯强利机械有限公司；高温转矩流变仪：RM200哈博电器制造公司.1.3性能测试拉伸性能按GB/T 104092测试；弯曲性能按GB/T 93412000测试；冲击性能按GB/T 18431996测试；熔融指数（MFI）是在温度为300℃，216 kg下测定；利用RM200高温转矩流变仪测定物料的高温流变性能，测试温度为270℃，测试用挤出设备为单螺杆挤出机，螺杆直径为30 mm，出口毛细管直径1.27 mm，长径比L∶D=30∶1.1.4试样制备按配方设计将阻燃聚碳酸酯合金\[4\]、流动促进剂混合后在120℃的条件下干燥4 h后，通过双螺杆挤出机挤出造粒，干燥后依据测试内容不同，注塑成各种测定标准要求的试样.2结果与讨论2.1纯PC的性能日本帝人L1250Y聚碳酸酯的力学性能如表1所示.表1纯PC的性能
Table 1Properties of polycarbonate
屈服强
度/MPa拉伸强度
/MPa断裂伸长
率/%弹性模量
/MPa抗弯强度
/MPa冲击强度
/kJ·m-263.265.393.9264.581.4NB2.2流动促进剂的用量对其性能的影响
2.2.1硅酮型流动促进剂A的用量对力学性能的影响在阻燃聚碳酸酯复合材料的配方不变的条件下，硅酮类流动促进剂A的用量对聚碳酸酯复合材料的力学性能的影响如表2所示.
由表2可看出，与未加硅酮类流动促进剂A的复合材料相比，加入流动剂后阻燃材料的力学性稍有下降，但是降低不多.这说明硅酮类流动促进剂A对复合材料力学性能影响不大.
表2硅酮类流动促进剂A用量对聚碳酸酯复合材料力学性能的影响
Table 2Effects of content of silican fluid modified agent on mechanical properties of PC fire retardant compositions
每100份PC硅
酮类流动促进
剂A的用量/份拉伸
强度
/MPa断裂伸
长率
/％弹性
模量
/MPa抗弯
强度
/MPa弯曲
模量
/MPa无缺口
冲击强度
/kJ·m-20.162.8553.87567.1283.562350.19NB0.364.4292.53579.8881.522359.77NB165.5857.53572.3982.832562.82NB2.2.2硅酮类流动促进剂A的用量对流动性能的影响第2期陈瑶，等：阻燃聚碳酸酯流变性能的研究
武汉工程大学学报第30卷
270℃的条件下，纯PC中加入的硅酮类流动促进剂的用量对剪切速率和剪切粘度的关系的影响如图1所示.在该温度条件下，无论是添加硅酮类流动促进剂的阻燃型聚碳酸酯混合物还是纯PC，其黏度均随着剪切速率的增加而降低.这一现象表明：在400~1 600 s-1低剪切速率的条件下，由于PC大分子链之间存在着严重的缠结，使分子链之间的滑移困难.但随着剪切速率增加，大分子链逐渐从缠结网络结构中解缠结并发生了分子间的滑移，并沿着剪切方向规则排列，从而导致熔体的流动阻力减小、黏度下降\[5~7\].添加流动促进剂后，剪切粘度急剧下降.这一现象表明硅酮类流动促进剂能减少PC大分子间的缠绕，增加大分子间的距离，降低物料与模具出口间的摩擦力，从而有效地改善阻燃PC的高温流动性能.流动促进剂的这种性能可以降低加工过程中的能耗，节约生产成本.研究表明：硅酮型流动促进剂添加后，熔体粘度大都在2 400 Pa·s以下，粘度下降幅度大.
图1硅酮型流动促进剂用量对阻燃聚碳酸酯熔体的剪切速率与剪切粘度的影响
Fig.1Influence of silican fluid modified agent amount on shear viscosity and shear rate of fire retardant PC compositions2.2.3磺酸盐型流动促进剂B的用量对性能的影响在同样的条件下，磺酸盐型流动促进剂的用量对聚碳酸酯复合材料的力学性能的影响如表3所示.
表3磺酸盐型阻燃流动促进剂用量对聚碳酸酯复合材料力学性能的影响
Table 3Effects of content of sulfonate modified agent on mechanical properties of fire retardant PC compositions
每100份PC磺
酸盐型阻燃流动
促进剂B的用量
/份拉伸
强度
/MPa断裂
伸长率
/％弹性
模量
/MPa抗弯
强度
/MPa弯曲
模量
/MPa无缺口冲
击强度
/kJ·m-20.165.856.87588.7282.452360.94NB0.266.459.41576.2583.852357.75NB由表3可看出，加入0.1份磺酸盐型阻燃流动促进剂B后的力学性能比加入同样是0.1份的硅酮流动促进剂的各种力学性能要好，但较纯PC的力学性能有所下降.这说明添加磺酸盐型阻燃流动促进剂的复合材料力学性能是比较满意的.增大用量至0.2份时，弯曲模量和弹性模量下降明显.
2.2.4磺酸盐型流动促进剂B的用量对流动性能的影响在270℃时不同配比的磺酸盐型流动促进剂B的用量对阻燃型PC复合材料熔体的剪切速率和剪切粘度的影响如图2所示.由图2可以看出：在低剪切速率下，磺酸盐型流动促进剂，能更大的降低混合物的粘度.在整个范围内，在剪切速率为200~800 s-1时添加磺酸盐型流动促进剂B混合物的粘度分别在3 600和3 100以下，对流动性能的影响没有硅酮型A有效.图2不同配比的磺酸盐型流动促进剂剪切速率和剪切粘度的关系
Fig.2Relationship between shear viscosity and shear rate at the different content of sulfonate modified agent and PC fire retardant compositions3结语a. 两种流动助剂都能很好的提高PC的流动性能，降低粘度.b. 两种流动助剂对PC的力学性能负面影响不大，其中磺酸盐流动促进剂好些.c. 硅酮型流动促进剂对改进熔体的粘度，提高流动性能效果好，但是力学性能效果差.d. 磺酸盐型流动促进剂对PC符合材料的力学性能比较好，但是流动性能贡献较小.