不同增容剂增容PC／PBT／GF三元复合材料
聚碳酸酯(PC)／聚对苯二甲酸丁二酯(PBT)合金保持了结晶材料PBT的耐化学药品性好、易加工成型的特点又结合了非结晶材料PC缺口冲击强度高，尺寸稳定性好的优势，PC与PBT合金的共混本质上就是取长补短，具有很高的商业潜力，在汽车，家电以及电子电工等领域得到了广泛的应用。对于耐热性和力学性能要求较高的领域，简单的PC／PBT合金很难满足要求，玻璃纤维(GF)由于其高强度、高模量且成本低廉，被广泛地应用在复合材料领域，利用GF增强PC／PBT合金，不仅可以提高复合材料的耐热性与力学性能，而且可以提升复合材料的尺寸稳定性且降低生产成本。目前对于PC／PBT合金的研究报道较多，但对PC／PBT／GF三元复合材料的报道较少，上海日之升科技有限公司采用GF增强PC／PBT合金，研究了各组分含量以及增容剂对复合材料性能的影响，为工业应用提供参考。
1 试样制备
首先将PC和PBT原料放置于100℃烘箱中干燥6 h；然后按照一定配方，在高速混合机中混合30 min。将上述混合均匀的材料在双螺杆挤出机上熔融挤出，各挤出段的温度分别设置为230，230，240，240，240，240，240，240，240，230℃，喂料电机频率12 Hz，螺杆转速为400 r／min，挤出后的粒子经过水冷，切粒，然后将粒子在100℃烘箱中干燥6 h后用注塑机注塑成样条，注塑温度为230～240℃。
2 不同比例下PC／PBT合金的性能
为了研究PC与PBT比例对合金力学性能的影响，按照表1的配方，制作出5种试样，研究不同PC含量下的PC／PBT合金的拉伸与缺口冲击强度。
2.1 PC／PBT合金的力学性能
图1为不同PC含量的PC／PBT合金的拉伸强度和缺口冲击强度。由图1可知，随着PC含量的增加，合金的拉伸强度和缺口冲击强度都呈现出先增大后减少的趋势，当PC含量为70份时，拉伸强度为71.6 MPa，缺口冲击强度为10.21 kJ／m2，两种力学性能都达到了最优值。
在PC含量低时合金主要表现了PBT的性能，因此合金的力学性能相对较差，随着PC含量的增加，合金中PC逐渐由分散相向连续相转变，合金开始表现出PC的性能，由于PC的冲击以及拉伸性能较高，所以力学性能开始增加，当PC含量超过70份时性能开始下降，是由于PC与PBT结构上都含有酯基，理论上有一定的相容性但是毕竟有限，而且在共混加工的过程中，大量的反应性酯基很容易导致酯交换反应，使得材料从简单的物理共混变成嵌段共聚物，所产生的共聚物也会抑制两者的相容，因此PC与PBT只是部分相容且存在相容性最优比例，当PC含量超过70份时相容性下降，因此PC／PBT合金的力学性能降低。
2.2 ?PC／PBT合金的DSC分析
图2为不同比例下PC／PBT合金的DSC升温的曲线。图2反映了合金的熔融行为，从图2可以看出，纯PBT的熔融峰为231℃，当PC与PBT熔融之后，合金材料的熔融峰值开始向低温偏移，当PC含量从10份增加到70份时，熔融峰值几乎不变，基本都保持在208℃左右，并且PC含量为70份时，合金出现了不太明显的冷结晶峰，PC含量超过70份时，合金的升温曲线中不再出现明显的熔融峰。
图3示出了不同比例下PC／PBT合金的DSC降温曲线，纯PBT的结晶峰为176℃，当PC与PBT比例为1／9，3／7，5／5时结晶峰值分别为174℃，168℃和160℃。从图3可以看出，随着PC含量增加，合金的结晶峰逐渐降低，当PC含量达到90份，图像中无法看出明显的结晶峰。
3 PC／PBT／GF三元复合材料的性能
通过上述分析，可以知道PC∶PBT=7∶3时，PC／PBT合金材料既可以保持一定结晶性聚合物的特征，力学性能又较为优异，因此选择在该比例下研究GF含量的变化对PC／PBT／GF三元复合材料性能的影响，为了体现配方的合理性，更加结合实际地反应GF含量对PC／PBT／GF材料的影响，因此在配方中加入2份的硅烷偶联剂作为增容剂，其配方见表2。
3.1 GF含量对PC／PBT／GF三元复合材料力学性能的影响
图4为不同GF含量的PC／PBT／GF复合材料的拉伸和弯曲性能。从图4可以看出，没有添加GF时PC／PBT合金的弯曲强度为2500 MPa，随着GF含量的增加，PC／PBT／GF复合材料的弯曲弹性模量增加，当GF含量达到50份时弯曲弹性模量达到8.5 GPa。随着GF含量的增加，PC／PBT／GF复合材料的拉伸强度先增加后减少最后趋于稳定，在GF含量为20份时，拉伸强度最高为82 MPa。
图5为不同GF含量的PC／PBT／GF复合材料的缺口冲击强度。从图5可以看出，随着GF含量的增加，复合材料的缺口冲击强度先减小后增大，在没有加入GF时，复合材料的缺口冲击强度为10.21 kJ／m2，当加入10份的GF后，PC／PBT／GF复合材料的缺口冲击强度迅速下降到3 kJ／m2，之后随着GF含量的增加缺口冲击强度逐渐增加，当GF含量为50份时，缺口冲击强度达到11 kJ／m2。
3.2 不同GF含量下PC／PBT／GF三元复合材料的DSC降温曲线
当PC∶PBT=7∶3时，图6为不同GF含量的PC／PBT／GF复合材料的DSC降温曲线。从图6可以看出，随着GF含量的增加PC／PBT／GF复合材料的DSC曲线的结晶峰从不明显逐渐出现了较为明显的结晶峰，当GF含量为40份时在123℃和161℃出现了双结晶峰。由于PC抑制了材料的结晶性能，使得DSC降温曲线的结晶峰不明显，随着GF含量的增加结晶峰逐渐明显，说明材料的结晶性能有所提高，结晶速度加快。这是因为GF在树脂结晶的过程中可以充当成核剂的作用，促进异相成核且诱导复合材料的结晶，提高了结晶速度。但是PC对结晶的抑制作用依然存在，因此在GF含量为40份时，由于复合材料的结晶性能依然受到了部分抑制，所以出现了双结晶峰。
4 增容剂对PC／PBT／GF三元复合材料性能的影响
PC／PBT／GF三元复合材料中，由于PC属于非结晶聚合物，PBT属于结晶性聚合物，GF属于无机非金属材料，材料的界面粘结不良，因此需要加入增容剂提高复合材料的结合力。上海日之升科技有限公司采用了两种双官能团化的乙烯类弹性体(AX8900和PTW)，硅烷偶联剂(KH–550)作为增容剂，研究了它们的含量对PC∶PBT=7∶3且GF含量为30份时的PC／PBT／GF三元复合材料性能的影响，配方见表3。
4.1 增容剂对PC／PBT／GF三元复合材料弯曲性能的影响
图7为不同增容剂含量的PC／PBT／GF复合材料的弯曲弹性模量。从图7可以看出，随着3种增容剂含量的增加，弯曲弹性模量先增大后减少，且在含量为1份时，PTW和AX8900增容的复合材料的弯曲弹性模量都达到最大值，分别是未添加增容剂的1.1倍与1.13倍，当KH–550含量为2份时PC／PBT／GF复合材料的弯曲弹性模量最高，是未添加增容剂的1.09倍，当AX8900和PTW含量为3份时，PC／PBT／GF复合材料的弯曲弹性模量都出现明显下降，比未添加增容剂的PC／PBT／GF复合材料更低。相比而言，AX8900可以在更低的含量下使PC／PBT／GF复合材料的弯曲弹性模量更好。
4.2 增容剂对PC／PBT／GF三元复合材料冲击性能的影响?
图8为不同增容剂含量的PC／PBT／GF复合材料的缺口冲击强度。从图8可以看出，三种增容剂都可以使得PC／PBT／GF复合材料的缺口冲击强度有所上升，其中PTW和AX8900的增韧效果明显，PC／PBT／GF复合材料的缺口冲击强度与它们的强度呈现出正相关，在PTW和AX8900含量为1份时，PC／PBT／GF复合材料的缺口冲击强度，分别是未添加增容剂的1.79倍和2.11倍，在PTW和AX8900含量为3份时，分别是未添加增容剂的2.86倍和2.92倍。加入KH–550后，PC／PBT／GF复合材料的缺口冲击强度略有增加，当含量超过2份后逐渐趋于稳定，其含量为2份时的缺口冲击强度是未加增容剂的1.14倍左右。
5 结论
(1) PC对PBT的结晶存在抑制效果，含量越高阻碍越大，PC∶PBT=7∶3时PC／PBT合金综合力学性能最优，拉伸强度为71.6 MPa，缺口冲击强度为10.21 kJ／m2。
(2) PC／PBT／GF三元复合材料中，随着GF含量的增加，弯曲弹性模量增加，拉伸强度先增加后下降再趋于稳定，缺口冲击强度先下降后上升。GF可以起到异相成核的效果，提高三元复合材料的结晶速度且含量越高效果越明显。
(3)三种增容剂中，KH–550含量为2份时效果最佳，PTW和AX8900在含量为1份时效果最佳，在含量低于1份时主要起到增容的效果，当超过1份时增韧效果明显，会导致PC／PBT／GF三元复合材料的刚性下降，综合比较加入增容剂AX8900的PC／PBT／GF三元复合材料的增韧效果最好。
该内容摘自:梁伟成，阮静，张浩.组分对PC／PBT／GF三元复合材料的影响[J].工程塑料应用，2020，48(2)：108–113.
