汽车用PC/PBT合金材料性能的研究

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聚碳酸酯(PC)和聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)共混物合金性能优异,是近年来最受市场关注的复合材料之一。但由于可能存在酯交换反应、相容性等问题,致使其机械性能和热稳定性能出现一定程度的劣化,还不能满足市场应用需要,尤其是汽车领域的应用方面的差异化需求(如低温韧性、气辅成型等)。本论文通过对酯交换反应抑制、共混物相容性和汽车用途对该类合金关注的性能方面进行研究,最终制备了不同性能要求的高性能化的合金材料。首先,研究了PC/PBT不同配比对共混物体系性能的影响,目的是找出配比的合理设计范围。通过系列试验,了解到其配比对不同性能指标影响不同,影响最大的是熔融指数(Melt Index,简称MI)、冲击强度、维卡温度,而对拉伸强度影响不大。分析认为比例范围在6/4~8/2范围内综合物性稳定、加工流动性好且改性较为容易,是比较理想的比例范围,但如有特殊要求(如要求高的维卡耐热时)除外。其次,对酯交换抑制反应做了较为细致的研究,通过对不同酯交换抑制剂的抑制效果、挤出温度、多遍挤出开展试验,得知磷酸二氢钠(Monosodium Phosphate,简称MSP)、无水磷酸二氢钠(Anhydrous Monosodium Phosphate,简称AMSP)对酯交换抑制效果较好,而1AMSP表现更为优异。进一步对AMSP的添加量,对性能影响较大的几个技术指标MI、Elongation、VICAT的比较得知添加量0.1-0.4phr比较适宜,更细化在0.3phr时综合性能最佳。在试验中还发现,除钝化PBT中残留Ti催化剂可以抑制酯交换的方法外,用SAG(SAN-GMA)对PBT采取封端的方法钝化其端-COOH也是抑制酯交换反应的可行的手段,在实际应用中两者可复合使用,并指出GMA含量在2%-5%为最佳范围。这也是本论文的发现之一。酯交换抑制效果也通过DSC、IR手段得到了印证。不进行酯交换抑制的共混物粒子在降温时,PBT的结晶温度(Tmc)消失,而当采取酯交换抑制时Tmc清晰可见;其熔点(Tm)在加入抑制剂后也有所提升;未加入酯交换抑制剂的共混物FTIR分别在1720.19cm-1、1770.26cm-1位置出现吸收峰,而加入酯交换抑制剂的共混物的特征峰则出现在1714.68cm-1和1774.41cm-1,更接近纯PC和纯PBT的特征峰位置。在试验中还重点考察增韧增容的效果。采用E-MA-GMA改性剂AX-8900作为抗冲及相容改性剂,研究了其用量对PC/PBT合金的结构及性能的影响。AX-8900的引入对MI影响最大——降低非常明显;当其添加量达到5phr时其对Vicat影响变得明显;当添加量在3phr时低温冲击出现极值,超过后反而降低,可能的原因是其分子中E的组分含量较高,过多添加可能使相容性下降所致。还用Arkema的8840做了对比,发现在添加到3phr时,注塑制品,当剪开断面后,发现制件极易分层,可能的原因是因其结构中MA含量较少,其添加超过一定量时容易使得其与PC、PBT的界面脱粘而引起相容性出现劣化。最后,对汽车用PC/PBT极为关注的性能(低温韧性、气辅成型加工性、耐化学品性、尺寸稳定性、耐候性、玻纤增强)进行了研究,考察其影响因素。如Silicone/Acrylic橡胶类型的增韧剂比ACR或BD类型的增韧剂低温下都表现出更好的效果,且Si含量越高越好的结论;气辅成型的设计关键是保证材料的热氧老化稳定性和合适的粘度;离子键聚合物可显著提高材料的耐化学品性,同时材料机械性能也显著提高,如低温冲击强度,如采取预先与PBT制成母粒的方式加工能进一步提高组合物的耐化学品性;UV-234的效果较好且添加量不超过1.2phr为宜;也通过PC/PBT不同比例,考察了含10%GF的复合材料的改性,得知最佳比例范围在75/25~65/35之间,在此范围内性能的各项指标平衡性最好。
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