PC／ABS共混体系的研究进展

韩莹 ，赵文杰

(1吉林建筑工程学院，吉林长春130118；2长春．y-=lk大学，吉林长春130021)

摘 要：综述了近年来国内外对PC／ABS共混体系结构与性能等方面的研究进展，其中包括相容性理论的研究、相容剂的选用及影响共混体系力学性能的因素：包括原料、组分的配比、成型条件等。并对共混体系的发展方向作了简要的分析，指出PC／ABS共混体系的开发研究在国内塑料合金的工业开发、应用中较为重要。

关键词：PC；ABS；共混体系；相容性；性能

中图分类号：063 文献标识码：A 文章编号：1001—9677(2012)05—0017—04

The Research Development of PC／ABS Blends

HAN Ying ，ZHAO Wenjie 。

(1 Jilin Institute of Architecture and Civil Engineering，Jilin Changchun 1301 18；2 Changchun University of Technology，Jilin Changchun 130021，China)

Abstract：The present development situation of PC／ABS blends at home and abroad was reviewed，including the progress in studies of the theory of compatibility，the selection of compatibilizer and the factors of types of ABS and PC，the ratio of components，compatibilizers，and processing conditions affecting blends properties were discussed． Meanwhile，the prospect of PC／ABS blend was analyzed，and the research and industrialization of the blend were very important in our country that was pointed out．

Key words：PC；ABS；blend compatibilizer；properties

聚碳酸醋(PC)是一种综合性能优良的热塑性工程塑料，具有较高的冲击强度、透明性、刚性、耐火焰性、优良的电绝缘性以及耐热性，它的尺寸稳定性高，可以替代金属和其他材料等优点，已经在各工业部门尤其是汽车和电子电器工业中得到了应用。由于聚碳酸酯的加工流动性差、制品残余内应力大、不耐溶剂、高温易水解、摩擦因数大、不耐磨损等缺陷，限制了它在工业上的应用。ABS树脂的性能介于工程塑料和通用塑料之间，具有良好的耐冲击性能和加工性能，价格也比较便宜，因而得到了广泛应用。但其耐热性、耐候性差，机械性能不够理想。以PC和ABS为主要原料的PC／ABS合金是一种重要的工程塑料合金，具有良好的成型性和耐低温冲击性能、较高的热变形温度及光稳定性。与Pc相比，降低了熔体粘度，改善了加工性能，并大大提高了产品耐应力开裂的性能，ABS相比，提高了耐热性和耐候性，成本介于PC和ABS之间，又兼具两者的良好性能，能更好地应用于汽车、电子、电器等行业 J。2O世纪6O年代中期，美国Borg Warner Chemicais公司首先开发出第一个PC／ABS合金产品，之后国外许多大公司相继开发出很多PC／ABS合金产品，如阻燃PC／ABS，玻璃纤维增强PC／ABS等。

1 PC／ABS合金的相容剂与相容性

1．1 PC／ABS合金的相容性理论

共聚物合金能综合各组分聚合物的优异性能，但不相混容的共混物却由于其界面的不良粘接而使力学性能不尽人意。PC与ABS基体部分相容，从溶解度参数来看，6 =20．05(cal ·cm ) ，8A朋=19．66～20．49(cal·cm ) ，两者较为接近，因而PC与ABS有一定的相容性。研究” 发现，PC／ABS合金的T向中间转移，这也证实了PC与SAN部分相容。还发现PC／ABS合金中的PC／SAN合金是相容的，而PC／PB却不相容。事实上溶解度参数的变化：PC／SAN为A8=0．20(cal·cm ) ，PC／PB为A8=1．85(cal·cm。) 。Wildes等 则大胆提出：由于溶解度参数的关系，PC与SAN能相互分散，且具有良好的粘接。因此，PC与SAN可不需添加相容剂就能得到具有商业价值的合金。

但是Pc与ABS的相容性还取决于ABS中丁二烯的含量，因为PC与PB(聚丁二烯)是很难相容的。而且事实上，PC与SAN(及ABS)的合金的相结构不稳定，温度变化时，会产生相对较快的相合并。同时一些研究人员认为T 的内移应归因于在熔融混合过程中低分子量的SAN级分别向PC边缘区域迁移的结果 ]。

为了有效改善界面相容性，已经有许多报道提出一些均聚物、嵌段共聚物或接枝聚合物都可以有效地用作高聚物相容剂。ABS是一种两相体系，即PB作为分散相分布在SAN的连续相中，而PC与SAN的相互作用主要受SAN中AN含量的影响。据报道，当SAN中的AN含量在15％ ～30％之间时PC与SAN的相容性较好 J。Cheng等 观察到在PC／SAN合金中，一种含PMMA壳的冲击改性剂分布在SAN相上(当SAN的AN组分占25wt％时)；而当AN组分占34wt％ 时则分布在界面上和PC相上。这些结果间接表明，PMMA可以改变PC与AN含量25％ 一34％的SAN的合金的界面状况。

1．2 PC／ABS合金的相容剂

目前对PC／ABS合金相容剂及相容技术的研究主要基于以下三类：MA反应增容、PMMA及胺基SAN等。

1999年印度研究人员 Nelson和Subramanian从MA接枝ABS的接枝聚合物与PP(或PA6)进行反应共混的研究中得到启发，认为反应共混能够产生片状相结构从而改善合金的力学性能。他们提出了用MA接枝ABS形成MABS来增强PC的思路。其机理是：在熔融共混过程中，MABS酸酐基团与PC末端的羟基发生酯化反应，原位产生增容作用，从而提高PC／ABS合金的界面相互作用。经深入研究，得到以下结论：①使用反应增容技术可有效降低熔体粘度，从而改善可加工性。这是由于PC／ABS合金形成了良好的层状相结构，分散相层分布在注塑流动方向上。②反应共混改善了PC／ABS合金界面粘接作用，从而提高了力学性能。如拉伸断裂具有延展性、弯曲强度符合共混加和效应、冲击强度较PC和ABS有大幅度提高、缺口冲击强度提高到PC的7倍、断裂能远远高于PC的值(75．62 kJ／m)，提高为124．56 kJ／m。

溶解度参数的计算表明：PMMA与PC有部分相容，且比SAN与PC相容性好，但比PC／ABS合金中的SAN与接枝橡胶的相容性差。故PMMA分布于PC与SAN界面处的可能性较大。从而降低了PC／ABS相的界面张力，并因此降低了ABS微区尺寸。由此认为PMMA可以作为PC与ABS(其中AN含量为34％～ 35％)合金的增容剂[4J。1997年韩国Pusan国立大学研究人员 研究了ABS占主要组分的PC／ABS合金，结果表明：@PMMA作为一种有效的增容剂可以提高1／4 lzod缺口冲击强度和拉伸强度。② 由PMMA改善的ABS／PC界面可以改变断裂过程中的能量损耗机理。

1999年，美国研究人员Wildes等 提出了一种新型的胺官能团化的SAN(SAN—amine)作为PC／ABS的反应增容剂，并对其与PC作用的机理和经增容后的PC／ABS合金相的稳定性与力学性能进行了研究。他们认为，由于PC链端缺乏功能性基团链端，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—amine聚合物能与ABS基体相混容，但可与PC相反应，并形成新的接枝聚合物SAN—g—PC，这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。

另外，1996年韩国研究人员开发了一种PetAcr作为主链的接枝聚合物PetAcr—g—PCL(聚烷基丙烯酸一g一己内酯)，并用作PC／ABS合金的相容剂。当合金体系中每100个树脂分子中包含1个共聚物分子时，合金的冲击强度与断裂伸长率有明显的提高。其中3 mm厚的薄试样的冲击强度的提高尤为明显。微观形态的研究发现这种共聚物使PC／ABS合金的表面趋于光滑，这被归因于共聚物引起的界面增强作用PCL链段与ABS和PC的混合是相容的，而PetAcr(聚丙烯酸乙酯)与ABS和PC不相容，从而使支链PCL链段更有机会位于相界面。该共聚物可作为PC／ABS合金的相容剂 。

必须指出，上述相容剂PetAcr—g—PCL的接枝共聚物是难以制备的，而且己内酯也是相对较贵的化学品。这些年来，低成本的环氧树脂作为PC／PA6和PA6／PBT的增容剂引起了人们的注意。这是因为环氧树脂的环氧端基能够在熔融时与上述热塑性塑料中的相关反应性基团进行反应。因而可就地形成一种环氧接枝共聚物。环氧树脂在相当程度上改善了界面粘接，可望形成一种更为均一的分散相。另一方面，Carrot等 在ABS熔融状态下已成功地接枝了MA，则产物MA—g—ABS共聚物可与包含许多活性末端基团的聚合物反应。Ning和kO甚至指出马来酸酐接枝PP(MAP)可作为Pc的增容剂和加工助剂 J。这种开发思路也可望应用到PC／ABS合金体系的相容剂开发中。

2 合金的力学性能研究

冲击强度是PC／ABS共混物的重要性能之一。ABS的加入，可改善PC对缺口的敏感性及冲击强度对厚度的依赖性。影响PC／ABS共混物缺口冲击强度的因素很多，如配比、原料、加工条件、第三组分加入等。冲击强度一般随配比有超加和效应(协同效应)相对抗效应，这与原料、配比及试验温度有关，且极值点的位置亦不相同。协同效应出现的配比范围同原料、共混设备和试验温度有关。加入第三组分是改进冲击强度的有效途径之一， 第三组分通常是一些增容剂，如接枝或嵌段共聚物等。

由于第三组分的加入，改变了相界面的作用，加强了连续性，从而达到改性的目的。还有一些第三组分是热稳定剂。此外，选择合适的ABS树脂，如含适当接枝橡胶合量的ABS树脂，冲击强度亦能得到提高。一般情况下，PC／ABS共混物的拉伸弯曲模量、拉伸强度、弯曲强度和硬度均处于PC和ABS之间，近似于服从加和性。但在使用低接技橡胶含量的ABS时，会造成对弯曲强度的协同增强。高接技橡胶含量的ABS使共混物的硬度和拉伸性能降低，断裂伸长率不符合加和性，它随配比的变化与所用的ABS有关。高接枝橡胶含量ABS与PC共混物的断裂伸长率出现协同效应 。

2．1 原料对合金力学性能的影响

PC／ABS合金由PC相、SAN相及接枝的丁二烯橡胶相组成，其微观结构十分复杂。当PC的含量较高时，PC包围SAN，而SAN又包含接枝的橡胶相；同时接枝的橡胶相中又含有SAN粒子，橡胶粒子充当应力集中中心，诱发大量的银纹和剪切带，大量银纹和剪切带的产生和发展需要大量的能量，从而显著提高材料的抗冲击性能；橡胶粒子能抑制银纹的增长并使其终止而不至发展成破坏性的裂纹。随共混物中ABS含量的增加，橡胶相的含量增多，材料受到外力作用对橡胶相将成为承受点并诱发银纹和剪切带，当橡胶相的含量和粒径达到一定值时能及时终止银纹，共混物的冲击强度得以提高；当ABS的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，这将不利于剪切带的产生，材料的冲击强度反而下降。

梁基照 应用双螺杆挤出机，将聚碳酸醋(Pc)分别与两种具有不同粘度的ABS树脂(台湾奇美公司的ABS747和ABS757)，进行熔融共混，制备出二元合金体系。在室温下侧量了两种合金的拉伸性能和Izod冲击性能。

结果表明，两种合金的拉伸性能对PC含量的依赖性截然不同，而冲击性能则较为相似。在相同条件下，PC／ABS757的拉伸性能和冲击性能均优于PC／ABS747，且前者在拉伸性能方面显示出一定的协同效应。

金敏善等 副研究认为ABS树脂的不同组成对ABS／PC合金的拉伸性能、缺口冲击性能等影响较大，主要与ABS中丙烯睛的含量有关。当丙烯睛的含量为29％时，混合物的拉伸强度随着PC含量的增加呈直线上升趋势，而当丙烯睛的含量为24％ 时，混合物的拉伸强度在Pc含量为0～30％时升高并不明显，超过30％以后，合金的拉伸强度才随着PC含量的增加明显提高，这与两种树脂的相容性有关。PC与ABS中的SAN相容性较好，而与聚丁二烯相的相容性较差。

2．2 组分配比对合金力学性能的影响

司丽等 采用动态变换多元回归方程表达共混组分与性能的关系，结果发现Pc含量对合金性能的影响最大，改性剂可在一定范围内提高体系的某些性能。原永威等 用双螺杆挤出机对PC和ABS进行了熔融共混，ABS含量在30％ 一50％ 之间有极大值，ABS含量在15％和85％两处有极小值。产生这种复杂性的原因是：当加入少量ABS时，ABS中少数的聚丁二烯颗粒成为应力集中区，在外力作用下，聚丁二烯颗粒周围产生银纹，由于橡胶颗粒少，得不到及时的终止，也不能引发更多的银纹来吸收能量，所以很快发展成裂缝，乃至断裂。当ABS含量增加，橡胶颗粒增多，受外力作用时，会产生更多的银纹和剪切带，并且橡胶颗粒之间可相互终止银纹的发展，因而冲击强度提高。当ABS再增加并超过50％ 以上，这时PC颗粒成为应力集中区，并在PC颗粒周围引发银纹，很快成裂缝，这时PC分散在ABS中，不利于ABS剪切带的产生，银纹和剪切协同效应有所削弱，因此表现出缺口冲击强度下降，拉伸过程中基本没有细颈现象，表明拉伸过程中以产生银纹和裂缝形变为主，局部剪切屈服形变很小。蔡长庚等 研究发现，在ABS与PC质量比达到l：1后，聚合物共混物的力学性能变化不明显(不含ABS的体系除外)，随着PC用量的增加，材料的拉伸强度、弯曲强度和热变形温度提高，随着PC用量的增加，缺口冲击强度表现为先下降再逐步上升，较高Pc含量有利于提高聚合物合金的冲击韧性；在ABS中加入PC和苯乙烯共聚物的相容剂，由于所用的相容剂A为脆性的，在PC中加入相容剂虽可大幅度提高材料的拉伸强度，但将显著降低冲击韧性。曹民干 的研究结果也表现出相似的结果。赵文聘等 却发现PC／ABS为80／20时，冲击值为最好。

2．3 成型工艺对合金力学性能的形响

张皓逾等 认为受挤出条件影响最敏感的力学性能是材料的冲击韧性。配混温度较低时，产物的冲击强度较低，这是由于在这一温度下材料在简体中不能充分熔融，配混效果不好的缘故；而当配混温度较高时，材料中的部分组分降解影响产物的性能，这时的冲击强度也比较低。共混物的缺口冲击强度随螺杆转速的增加呈缓慢上升的趋势。考虑到设备的额定功率和物料的产出量等因素，螺杆转速不宜设置过大，通常设定为1 10～120 r／min。喂料电压较低，产物的冲击强度较低，因为较低的喂料量导致挤出机筒里的物料的剪切力较小，配混效果不好；喂料量加大，机筒内的物料剪切力逐渐加大，混配效果变好，产物的冲击强度也逐渐升高。

郑光鼎等 采用正交法研究了注射工艺参数对PC—ABS共混材料冲击强度和形态的影响，结果表明，成型温度是直接影响冲击强度和形态的重要因素，成型温度控制在195℃为韧性破坏，温度高于230 oC为脆性破坏，而注射速度、背压和注射压力的影响不明显，但影响制件表观质量。

汪斌华等_2 在Charp冲击试样上粘贴电阻应变片，与数据采集系统相连接。在冲击过程中试样发生应变，就会引起电阻值的变化，转化为电信号，从而测量出冲击过程发生应变随时间变化的情况。研究发现在冲击断裂过程中，裂纹扩展对冲击功的贡献比裂纹萌生大，温度和缺口的形式对裂纹萌生功的影响大。

2．4 三元共混对合金力学性能的影响

阎荣江 研究了PC／ABS／甲基丙烯酸甲酸(MMA)共聚物Q三元共混物的性能与Q含量的关系，对不同Q含量下共混物的拉伸、冲击、弯曲、耐热、熔体指数等性能进行了测试，并用扫描电镜观察了该三元共混物的形态。结果表明，加入共聚物Q可增加共混体系的相容性，在适当组成下可使共混物的弯曲强度提高到原来的1．7倍，同时其他力学性能有所提高或不受损失。

李光武等 采用PC／ABS／PE按一定比例进行三元共混，产物具有较高的冲击强度，耐沸水性和廉价的优点。PC／ABS／PE的比例分别为59：35：6和49：45：6时，冲击强度分别达到136 kJ／m 和138 ld／m ，不仅远远高于Pc，同时亦大大超过了日本的PC／ABS塑料共混物，并已达到或超过了某些金属的冲击强度。在200 h沸水处理后，冲击强度分别达到118 kJ／m和112 kJ／m 。PC／ABS／PE塑料共混物的拉伸强度和弯曲强度随Pc含量减少下降缓慢，PC含量从94％减至69％(即：ABS含量0～25％段)，拉伸强度降低2％ ，弯曲强度降低6％ 。舒声等 以PA6／ABS／PC三元共混体系进行了研究，可制得性能优于日本孟山都公司的PA6／ABS的合金。

3 结语

随着我国经济蓬勃发展，汽车、电子等领域对高性能塑料合金的需求Et益扩大。我国每年消耗大量的PC／ABS合金，但绝大多数需进口。PC／ABS合金的开发在我国还处于小规模生产阶段，由于产量滞后，质量不稳定，品种单一，尚未形成系列化 。加快PC／ABS合金的开发研究，应该注重对相容化技术的研究 ，相容性对合金的徽观结构有重要影响，并最终决定了合金制品的力学性能，可见改善组分之间的相容性，是提高合金力学性能的有效途径之一。另外对加工工艺的研究，实现对制品精细结构的控制，以提高合金的力学性能，为开发高性能、低成本的PC／ABS提供发展方向。

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