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改性聚碳酸酯的种类和应用领域介绍

时间:2023-06-29 理论教育 版权反馈
【摘要】:卤代双酚A型聚碳酸酯 该塑料可分均缩聚物和共缩聚物两种,外观呈白色粉状料。我国晨光化工研究院也开发了四溴双酚A型聚碳酸酯,用溴化物代替卤化物,具有更高的耐热性及阻燃性。聚酯碳酸酯可用通用的注射、挤出等工艺加工制品。有机硅-聚碳酸酯 它是聚二甲基硅氧烷与双酚A型PC组成的嵌段共聚物。

改性聚碳酸酯的种类和应用领域介绍

PC塑料有优良的综合性能,但也存在耐应力开裂性及疲劳强度较低、无自润滑性、高负荷高速运转耐磨性差、耐化学药品性不理想、表面硬度低、易产生内应力水解、加工流动性低等缺点,为此生产PC塑料的多数厂商都致力于改性研究,开发了许多改性PC品种。其主要的改性品种有:新型结构碳酸酯、增强聚碳酸酯、PC合金(二元和三元共混合金)、功能性聚碳酸酯等。此外,还有采用表面涂覆等工艺手段来提高表面硬度的改性方法,如PC板涂覆有机硅涂料,耐磨性可提高到无机玻璃的耐刮痕水平。

由于各厂的改性配方及工艺不同,所以即使同一名称的品种其性能也有所不同。下面仅介绍一些主要的品种。

1.新型聚碳酸酯

这种改性PC有卤代双酚A型PC、聚酯碳酸酯、有机硅-聚碳酸酯、硫代碳酸酯-碳酸酯等。这种树脂是用不同种类的双酚和其他二元羧酸或聚合物组成不同结构的PC,具有更高的使用温度、冲击强度、阻燃性、耐水解等性能,可用于多种用途。目前该改性方法还在不断发展之中,将会有更多的品种问世。

(1)卤代双酚A型聚碳酸酯 该塑料可分均缩聚物和共缩聚物两种,外观呈白色粉状料。其性能与普通PC相比,具有更高的熔融温度及玻璃化温度和优良的阻燃性,但熔体粘度大,加工较困难。其他性能与普通PC相似。

我国晨光化工研究院也开发了四溴双酚A型聚碳酸酯,用溴化物代替卤化物,具有更高的耐热性及阻燃性。材料的热性能随卤化物或溴化物含量增大而增高,而加工性及韧性也随之下降,制品变脆。

纯卤代(溴代)PC的粘度很大,加工困难,一般用溶液流延成型加工薄膜制品,作工程塑料时常用其与普通PC共混组成共混物来加工注射或挤出制品。这类共混物的加工温度较高,加工性略逊于PC,但制品坚硬,透明,阻燃性好,可用作耐热、绝缘、阻燃制品,如耐火焰垫圈、管件、机电零件、管材、棒材、薄膜、耐热涂料、阻燃涂料。此外,纯卤代PC,尤其是均缩聚物常作为阻燃剂用于配制阻燃塑料。

卤代PC与普通PC共混物注射成型加工条件:料筒温度为250~310℃;喷嘴温度为270~310℃;模具温度为80~110℃;注射压力为50~150MPa;背压为1~10MPa;螺杆转速为40~100r/min;注射时间为1~25s;冷却时间为5~40s。

(2)聚酯碳酸酯 该树脂是聚芳酯(PAR)与PC无规嵌段共聚物,为无定形透明性热塑性树脂。它综合了PAR及PC两者的物性,耐热及抗冲击性兼备。其耐热性高,连续使用温度为160~170℃(普通PC的连续使用温度为110~120℃),短期使用温度为380℃时,性能也无明显变化;耐老化、耐应力开裂、耐候性及耐蠕变性很好,承受132℃高温蒸汽反复消毒处理也不会泛黄;室温下抗冲击性低于PC,但低温时(-30℃)抗冲击性可高于PC3~4倍;长期在光、热环境下耐老化性不及PC,黄色指数高于PC;加工性和其他性能与PC相似。不同的PAR含量,其物性也会变化,可组成不同品种。此外,为了改善加工性和进一步提高冲击韧性,也常用其与橡胶(加入量为2%~40%,质量分数)共混,也可与普通PC以任意比例共混配制成不同性能指标的合金。

聚酯碳酸酯可用通用的注射、挤出等工艺加工制品。但对含水量较敏感,加工前必须干燥处理,干燥温度为120~130℃,干燥时间为3~6h。其注射工艺条件:料筒温度为320~340℃;模具温度为82~100℃;注射压力为50~150MPa。

聚酯碳酸酯有优良耐热、抗冲击、透明和电绝缘性能,而且价格比PAR、PSF、PI等特种工程塑料便宜,因此应用很广,可作电气汽车等工业中的电子电气元件、连接器、插座、前照灯透镜、灯罩、太阳能收集器、高温照明件、光学制品、反射器、汽车内装件、医用消毒器皿等。

(3)硫代碳酸酯-碳酸脂共聚物 它是在聚碳酸酯中引入了硫代碳酸酯而形成的共聚物,其强度及刚性低于PC,但韧性、抗冲击性、耐热性优于PC,更重要的是它可有效地提高PC的抗水解能力及耐碱性,在质量分数10%的NaOH水溶液中浸泡20h,其水解失重率仅为3.8%,而PC的为18.7%。

(4)有机硅-聚碳酸酯 它是聚二甲基硅氧烷与双酚A型PC组成的嵌段共聚物。调节两者的比例,可配制成从柔软的弹性体到坚硬的工程塑料等不同的品种。总的来说,加入有机硅后可降低PC的软化点和加工温度,使分解温度范围变宽,伸长率增大,富有弹性,但强度有所下降。有机硅-聚碳酸酯是一种坚韧透明的聚合物,它对氧的透过率比PC的大10倍,虽然该性能仍比硅橡胶的小,但其强度比硅橡胶大,所以可在承受较大的气体压力下提高氧气的渗透率。

有机硅PC在280~320℃范围内即可熔融,可用其浇注、模塑、挤塑加工成光学透明片、膜、板、棒及制品,还可热熔封加工、粘接无机材料,如玻璃等含硅材料。有机硅含量少的品种加工性及成型工艺条件与PC相似。

目前有机硅PC主要用于光学透明膜、选择性渗透膜,如宇宙飞船潜艇、水下实验室、医疗设备、气体分析设备、人工心肺机中供氧系统、呼吸系统用的选择性透过膜(气膜)等。此外,还可用于无机玻璃的防护涂层、PBT的共混物,可有效地改善PBT的冲击强度。

其他新型PC的品种还有很多,如环己烷双酚型、含醚键双酚型、大体积双酚型等,在此不再多述。新型PC的性能见表9-29。

9-29 新型PC的性能

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2.增强PC(GFPC)

增强PC主要采用无碱(碱含量<0.5%)的电工级玻璃纤维为增强材料,可分为长纤维及短纤维两种。长纤维粒料长度为6~12mm,短纤维粒料长度为4~6mm。长纤维增强料的强度、耐热性高于短纤维料,但加工困难,注塑时必须采用螺杆式注射机。短纤维料中树脂与纤维混合均匀,易塑化,流动性好,可采用柱塞机注射加工。短纤维料制品的力学性能、耐热性低于长纤维料,但熔接缝强度高于长纤维料,表面光泽性好,故为常用的品种。通常,GFPC中玻璃纤维含量为10%~40%(质量分数),常用含量为30%(质量分数);玻璃纤维含量小于10%(质量分数),无增强效果;大于40%(质量分数),则材料变脆。GFPC也可进行改性,配制成阻燃GF-PC等品种。

GFPC塑料的性能与纤维含量、纤维表面处理工艺、选用PC品种等有关,但增强的作用大致相同。GFPC可提高PC的疲劳强度、拉伸强度、弯曲强度、弹性模量、耐应力开裂强度,并可大幅度提高其耐热性,降低成型收缩率、线胀系数(2.40×10-5·K-1,与铝、锌的相似),有利于采用金属嵌件结构。但与此同时,失去了PC的透明性,降低了冲击强度及韧性,成型温度也稍有增高,注射制品取向性增大。

GFPC的加工性与PC相似,可用于注射、挤出、模压成型。其中,以注射成型为主,成型前原料也必须进行干燥处理,干燥工艺条件与PC相同,处理后含水量<0.02%。GFPC几种成型方法的工艺条件见表9-30。

9-30 GFPC几种成型工艺条件

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GFPC应用很广,主要利用其良好的强度,耐开裂性和耐热性,在机电产品中作结构零件、带金属嵌件制品,代替铜、铝、锌压铸件,如电气开关、齿轮、壳体、齿条导轨、支架、配电板、宇航员头盔等。此外,碳纤维增强PC还用于制作高强度、耐高温的抗静电、导电制品。

3.PC合金

PC合金是改性PC中开发品种最多、应用最广泛的品种。多数PC生产厂都有PC合金产品,而且其产品的性能指标各有所长。总的来说,PC合金是取长补短地综合了两种或多种共混物各自特长而组成的有各种性能特点的共混物,可自由地选择配方制得多方面用途需要的品种。并且各品种还可进行增强、阻燃等各种改性,从而派生出更多特性的品种。PC合金目前主要采用熔融共混挤出法,按不同用途要求将PC树脂与适当的共混聚合物、相容剂、助剂、填料以一定的比例熔融共混后,挤出造粒而成。PC合金的加工性一般均较好,可用常规的注射、挤出成型方法加工各种制品。其成型条件大致与PC相似,加工前也都需干燥处理,以防止PC发生水解反应,含水量<0.02%。

目前市场上供应的PC合金品种很多,常见的PC合金类别见表9-31。

各种PC合金都是以PC为分散相、共混的聚合物为连续相与各种添加剂(如相容剂及其他助剂填料、着色剂等)组成的共混物,所以不同品种组分及配比可以组成不同特性的合金。市场上供应的PC合金品种很多,如PC/ABS合金世界上就有几十个品种。这里仅就常用合金的基本特性进行简单的介绍。(www.xing528.com)

9-31 常见的PC合金类别

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(1)PC/ABS PC/ABS可提高PC的抗冲击性,改善PC的加工性,提高PC的流动性、耐油性、着色性、耐应力开裂性,降低PC的成本,同时也可保持PC的耐热性、电性能、强度及刚性,而且PC/ABS的其他性能与PC相似,故综合性能好,可代替PC及ABS加工各种高性能制品。各种PC/ABS的具体性能指标随组分及配比而变,且有增强,阻燃等改性品种。

PC/ABS的加工性好,加工温度比PC低20~40℃,可用注射、挤出等方法加工各种制品。所加工制品尺寸稳定性好,精度高,外观质量好。材料熔体流动性好,可作复杂形状及大型薄壁制品。PC/ABS的注射工艺条件:料筒温度为220~280℃;喷嘴温度为200~220℃;模具温度为60~100℃;注射压力为70~140MPa;螺杆转速为30~120r/min;注射时间为0.5~1.5s;保压时间为8~20s;冷却时间为20~40s。

PC/ABS及其改性品种,主要利用其抗冲击,强度、刚性好,耐热、成型性好,耐候、尺寸精度高,稳定性好等特点,常用作复印机、计算机、移动电话等办公及通信设备的壳体、机架;汽车车顶纵梁、保险杠、后阻流板、仪表板、格栅、装饰件(无需预处理)、车灯灯壳、物品箱盖、托架、通风机、电气元件、耐热电器壳体、电池盒等。

(2)PC/PBT PC/PBT合金可改善PC的耐药品性、耐磨性、抗应力开裂性和加工性,但冲击强度及耐热性下降,为此合金中常加入少量热塑性弹性体、玻璃纤维或组成PC/PBT/PE、PMMA、PET、弹性体等三元合金,因此常用PC/PBT具有优良的力学性能和耐蚀性,且室温和低温抗冲击性良好,耐应力开裂,对缺口不敏感,尺寸稳定性好,制品表面光泽、耐汽油泄漏,加工性好。PC/PBT也可配制成改性品种,如美国GE电气公司的Xenoy系列汽车专用料,它具有耐老化、抗起霜、着色不褪色等性能。

PC/PBT的加工性好,可用注射、挤出加工制品。加工前原料需干燥处理,干燥温度为100℃~135℃,干燥时间为4h。熔料在料筒中滞留过长会发生酯交换反应,引起烧结变色。浇道口附近易产生材料剥离现象,熔料在流过浇口时采用低速注射。成型条件与PC相似,温度略低,料筒温度为235~300℃,模具温度为70~90℃。可作汽车通风格栅、镜架、装饰件(涂饰性好)、门框、手柄、挡泥板、保险杠等。纯PC/PBT有透明性,可作透明制品。

(3)PC/PET PC与PET共混后既可保留PC的耐热性、强度及刚性、透明性,又可提高耐溶剂性、耐辐射、耐应力开裂性,改善流动性,但抗冲击性下降,为此在合金中常加入弹性体、成核剂、填充剂等助剂,以提高合金的冲击强度、耐磨性、韧性和尺寸稳定性。PC/PET的品种很多,加工性与PC/PBT相似。可用注射、挤出成型加工各种制品,常用于汽车上制作对汽油、液压流体、润滑油等有耐化学药品性要求的制品,具有抗冲击、刚性、耐磨、耐热性的制品,如保险杠、前格栅、烟筒排气口、镜架、牌照套等;耐候、耐低温、耐紫外线制品,可代替超韧PA。

(4)PC/PE PC/PE合金有PC与LDPE、LL-DPE、HDPE共混等品种,也有PC/PE/EPDM三元共混合金。PC/PE合金的特点是显著提高了PC的缺口冲击强度、耐化学药品性和耐应力开裂性,同时也具有很好的耐沸水性(在100℃沸水中浸泡240h,抗弯强度不变)、耐老化性,且改善了熔体的流动性及加工性,并可降低成本。PC/PE也具有较好的着色性及机电性能,可用注射、挤出成型加工结构件、安全帽板材、管材、容器、纺纱管等。

(5)PC/PP PC与PO(PE、PP)相容性差,所以合金中要加入增容剂,且为了解决抗冲击性、拉伸强度及弹性模量降低问题,常需加入玻璃纤维或EPDM等组分组成三元共混合金。可提高缺口冲击强度、耐磨及抗疲劳性,降低熔体粘度及成本,改善加工性,同时又可保留PC的拉伸强度、模量特性。

(6)PC/PS 适当组分及配比组成的PC/PS合金可提高流动性,改善加工性,降低双折射率,提高硬度,降低吸水性及成本,同时还可保留冲击强度、拉伸强度及耐热性,是一种性能兼顾的透明性合金,有良好光学性能,适合作光盘基材。此外PC/PS还有表面装饰性好、阻燃等多种改性品种。

(7)PC/POM 当PC/POM中POM含量在50%以下时,合金具有耐热(热变形温度为145℃)、耐有机溶剂、耐应力开裂性好的特性,同时可保持良好的冲击强度,可用注射、挤出成型加工管材、片材、包装薄膜、绝缘带、垫圈、垫片及各种结构零件。

(8)PC/PA 共混PA后可提高耐油、耐蚀、耐应力开裂及抗冲击性,并可降低粘度,保持耐热性,可作汽车轮罩、门拉手、电器外壳等制品。用无定形PA(尼龙61)与PC组成的PC/PA61合金具有力学性能、耐热性优良,耐溶剂、透光性好的特性;可作眼镜片、透镜、高级仪表罩等。

(9)PC/PTFE PTFE在合金中可视为内润滑剂,所以明显降低PC的摩擦因数,提高自润滑性、耐磨性及pv值。同时,合金还保留了PC的耐热性、耐冲击性及尺寸稳定性。如果采用增强PC制成GFPC/PTFE合金,则还可显著提高耐热性、强度、抗蠕变、抗疲劳等性能,可作齿轮、凸轮轴承等摩擦零件。PC/PTFE的摩擦特性数据见表9-32。

(10)PC/PMMA 该PC合金可提高耐溶剂性、耐应力开裂性、耐候性、加工性,可耐紫外线辐射,且基本可保持PC的力学性能及尺寸稳定性能,制品表面具有珠光色彩和光泽,但不透明且耐热性及抗冲击性有所下降。其加工性良好,可用注射、挤出等方法加工制品,干燥温度为110~120℃,注射温度为240~260℃,模具温度为60~80℃。可作建材、食品容器、家电壳体、汽车内装饰件、装饰品等。此外,为了提高耐热性和冲击强度也可配制改性合金,如PC/PMMA/PBT等。

9-32 PC/PTFE的摩擦特性数据

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(11)其他合金 PC/SMA(PC/SMAH)具有耐热性和流动性好,易加工、耐溶剂性好等特点,并有优良抗冲击性,其双折射率小,表面光泽,有透明级、不透明级、阻燃级等品种。透明料可作炊具、食品加工盘、光盘;不透明料可作汽车配件、照相机零件、医疗器材等。

PC/弹性体的缺口冲击强度高,耐汽油、耐低温性优于PC,制品熔接缝强度高,电性能优良,着色性好,且易加工。

PC/PU具有强度高、刚性好、低温冲击强度高及耐磨性好等特性。

PC/MAS具有抗缺口冲击强度高、耐有机溶剂及流动性好等特性。

PC合金的品种很多,除两元合金外还有PC/PBT/PET、PC/PBT/PE、PC/PBT/弹性体、PC/ABS/SMA等三元合金。

4.功能性PC

PC塑料经改性后可配制成多种功能性品种,常见的品种有以下一些:

(1)阻燃PC PC及其改性品种都可用阻燃剂配制成阻燃级品种,达到UL94V-0级水平。

(2)抗静电、导电性PC 常用的加碳纤维/石墨块料的抗静电级PC,其表面电阻率可降至103Ω。加20%~25%铁纤维填料的PC,电磁屏蔽效果为60~80dB(A),具有较高的电磁波屏蔽性能。

(3)光功能PC PC塑料具有较好的光学性能,除了用于透镜、视窗等光学制品外,专用配方光学级PC可用作光纤、光盘级PC塑料,具有流动性、耐热性高,强度较高,双折射率低,吸湿性低,成型收缩率小,热稳定性好,洁净度高,激光读取数据准确等性能,可作多层超薄盘、高密盘、数码光盘、高存储量等新型光盘。

(4)医用PC 医用级PC可用于制作植体内的人造器官,如人工肺、人工肾等,也可用作医疗器械、选择性膜等。

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