1.选材
1) 光盘级PC:分子质量18000,密度1.15g/cm3,回收料。
2) 马来酸酐接枝聚乙烯(PE – g- MAH):清华大学高分子研究所产品。
3)(甲基丙烯酸甲酯/丁二稀/苯乙烯)共聚物(MBS):C- 100,日本三菱人造丝公司产品。
4)(甲基丙烯酸甲酯/甲基丙烯酸丁酯)共聚物(ACR):355P,美国Rom-hass公司产品。
2.制备方法
将PC回收料在80℃下干燥12h,增韧剂在70℃下干燥12h,然乓后按一定比例将两者混合均匀,用双螺杆挤出机在各段机筒温度分别为220℃、240℃、250℃、250℃、240℃(口模)、螺才杆转速为100r/min的条件下熔融:共混,自来水冷却,直接牵引切粒,所得粒料在80℃下:干燥12h,备用。
将干燥后的粒料用塑料注塑机在250℃下注塑成拉伸试样和冲击试样。
3.结构与增韧机理分析
从纯PC及PC/PE – g – MAH合金冲击断面可见,纯PC的断裂面平整光滑,为典型的脆性断裂;PE呈分散状分散在基体中,PE粒径为2~5unn,颗粒较大,试样断裂时有拔出现象,断面留下很多孔穴,断裂方式趋于脆性嘲行裂。之所以有明显的相分离现象,原因可能是PC用苯酚封端,没有可与接枝的马来酸酐(MAH)反应的基团,不能形成强的界面结合;同时PE的接枝率不高,极性没有得到明显的改善,而PC为极性聚合物,根据相似相容原理,PC与PE – g-‘MAH的相容性并不好。增韧剂粒子尺寸较大及界面作用力较弱导致PC/PE – g –MAH合金试样脆性断裂。
从不同MBS含量下PC合金冲击断面可知,当MBS含量为5%时断口表现脆性断裂的微观特征,且基体有空洞化现象,PC与MBS在断裂过程中没有明显的分层现象,说明二者之间有较好的界面相互作用,但二者之间并无化学键作,因此当试样受到冲击时,破坏从界面开始,造成分散相与基体的分离,即分散相粒子的空洞化。由于MBS粒子相距较远,粒子周围的应力场受其他粒子的影响很小,基体中的应力场只是这些孤立的MBS粒子应力场的简单加和,不能导致基体的剪切屈服,冲击能量主要由粒子空洞化损伤吸收。随含量增加,到10%时,基体呈现剪切屈服表现为韧性断裂。
从PC合金呈韧性断裂(MBS含量为15%)处可知,在起裂区,基体发生了剪切屈服,且剪切带与断面约呈45°角。而在断口中心区域基体也表现为剪切屈服,只是剪切带方向与冲击方向相同。在剪切带内部可以看到许多空洞,该空洞沿冲击受力方向被拉伸,断裂表面的应力发白就是由于试样的空洞化和剪切屈服造成的。可以确定韧性断裂时PC/MBS合金的断裂过程为:冲击时首先形成粒子空洞化,空洞化的结果阻止了基体内部裂纹的产生,同时由于MBS粒子充分接近,应力场不再是孤立的MBS粒子应力场的简单加和,粒子周围啪应力场有明显的相互作用,这些相互作用使MBS颗粒聚集体附近的基体PC变形时所受的约束减小,使之产生剪切屈服,PC/MBS合金表现为韧性断裂。即核—壳共聚物增PC的增韧机理为共聚物粒子的空洞化引发基体的剪切屈服,冲击能量由粒粒子空洞化和基体剪切屈服吸收,而且后者吸收的能量是主要的。
从MBS含量为8%时PC合金中可以看到,在起裂区试样断裂的微观见形态为粒子空洞化和基体剪切屈服共同作用,而在失稳区则只表现为粒子空洞化。
从不同ACR含量下PC合金冲击断面可看出,ACR含量为5%时呈脆性断裂,8%时合金呈韧性断裂。ACR颗粒与PC间界面模糊,这表明ACR与PC的相容性好于MBS与PC的相容性。因此ACR对PC的增韧效果优于MBS。
4.性能分析
(1) PC合金的冲击性能 图2-1为不同增韧剂及其含量下PC合金的缺口冲击强度。由图2-1可知,加入PE – g – MAH后,PC合金的韧性有所提高,PE – g- MAH含量为l0%时其冲击强度为纯PC的5倍,但PC合金仍呈脆性断裂。MBS与ACR均为以甲基丙烯酸甲酯(MMA)为壳的核—壳共聚物,它们的,使PC的韧性有了明显的提高。当MBS含量为15%时PC合金的缺口冲击强度为歹纯PC的30倍以上。而发生脆—韧转变时PC/ACR合金所需的ACR LC PC/MBS合金所需的MBS少,且PC/ACR合金的冲击强度可达到纯PC的38倍以上。
(2) PC合金的拉伸性能 图2-2为不同增韧剂及其含量下PC合金的拉伸强度。由于纯PC分子质量太小,并未达到屈服点即脆断,加入增韧剂后,合金开始产生屈服,拉伸强度得到提高。随着增韧剂含量的增加,合金的屈服强度下降,但下降的幅度不大。由于增韧剂与PC的相容性不同、增韧剂自身性质差异等因素导致屈服强虽度提高的幅度不同。由图2-2可知,ACR的加入使PC的屈服强度提高幅度最大。
5.效果分析
PE–g-MAH与PC的相容性不好,增韧效果不显著。而MBS与ACR能很好地改善PC的冲击性能,且由于ACR与PC的相容性好于MBS,因此ACR对PC的增韧效果优于MBS。对PC合金损伤机理的研究表明,核—壳共聚物增韧PC的增韧机理为共聚物粒子的空洞化引发基体的剪切屈服。