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導(dǎo)語(yǔ)：PC/ABS是當(dāng)今性能最優(yōu)異、應(yīng)用最廣泛的塑料合金之一，如何制作高韌性PC/ABS是一個(gè)受到廣泛關(guān)注的問題。接下來我們將討論高韌性PC/ABS配方設(shè)計(jì)的一些原則，主要考量因素有PC分子量，ABS及其橡膠含量，PC/ABS共混比例，反應(yīng)型相容劑等。

首先我們討論PC分子量對(duì)其自身及PC/ABS韌性的影響。

要制作高韌性的PC/ABS，特別是對(duì)低溫沖擊有要求時(shí)，應(yīng)盡量選擇分子量較高的PC原料。

選取四種不同分子量的PC： PC3.6（Mw=3.6萬(wàn)) PC3.2（Mw=3.2萬(wàn)） PC2.4（Mw=2.4萬(wàn)）PC2.0（Mw=2.0萬(wàn)）進(jìn)行研究。我們都知道PC對(duì)厚度和缺口是較為敏感的，那么敏感的程度到底怎樣呢？

圖 1 PC分子量對(duì)缺口沖擊強(qiáng)度的影響

由圖1，PC樣條的厚度由3.18mm增加到6.35mm時(shí)，各分子量PC的缺口沖擊強(qiáng)度數(shù)值下降為原來的20%-25%左右。將樣條缺口由標(biāo)準(zhǔn)缺口改為尖銳缺口（用薄刀峰在標(biāo)準(zhǔn)缺口底部切入）時(shí)，沖擊強(qiáng)度數(shù)值呈現(xiàn)大幅下降，3.18mm樣條各PC下降到不足原來10%;而6.35mm樣條尖銳缺口的沖擊數(shù)值下降到原來標(biāo)準(zhǔn)缺口的1/5左右，均表現(xiàn)出脆性?？梢?，PC對(duì)厚度、尤其是缺口有較強(qiáng)的敏感性，PC分子量較高時(shí)這種敏感性稍有減弱。

對(duì)于有低溫韌性要求的材料來說，脆韌轉(zhuǎn)變溫度是一個(gè)重要參數(shù)，PC分子量對(duì)其脆韌轉(zhuǎn)變溫度有重要影響。由圖2，在PC 分子量較高時(shí)，其脆韌轉(zhuǎn)變溫度隨分子量下降而升高并不明顯，如PC分子量由 3.6萬(wàn)下降到3.2萬(wàn)時(shí)，其轉(zhuǎn)變溫度由 -42℃只提升了2℃到-40℃。

而PC分子量下降到中等分子量以下（≤2.4萬(wàn)）時(shí)，其脆韌轉(zhuǎn)變溫度快速上升， 由PC2.4的-30℃上升20℃到PC2.0 的-10℃?？梢?，要想制備低溫韌性較好的PC，保持PC較高的分子量是很有必要的。回復(fù)“PC”查看更多

圖 2 PC分子量對(duì)PC脆韌轉(zhuǎn)變溫度的影響

那么，不同分子量的PC對(duì)PC/ABS合金的沖擊強(qiáng)度和低溫韌性有什么樣的影響呢？將各分子量PC與膠含量為16%的 ABS以70/30的比例共混制得合金，其 3.18mm缺口沖擊性能如圖3。

圖3.PC分子量對(duì)不同溫度PC/ABS缺口沖擊性能的影響

由圖可見，PC分子量越高，其對(duì)應(yīng)PC/ABS的缺口沖擊強(qiáng)度越高，發(fā)生脆韌轉(zhuǎn)變的溫度越低。PC分子量較低的時(shí)候，其對(duì)應(yīng)PC/ABS沖擊強(qiáng)度隨溫度降低而下降的速度很快。

如常溫（25℃）時(shí)，PC3.6、PC3.2 和PC2.4對(duì)應(yīng)的PC/ABS的缺口沖擊強(qiáng)度分別為 800J/m、750J/m和600J/m,而在 -10℃時(shí)，其對(duì)應(yīng)值分別為 750J/m、 600J/m和200J/m，PC2.4/ABS沖擊下降明顯。

因此，要制作高沖擊強(qiáng)度的PC/ABS，特別是對(duì)低溫沖擊有要求時(shí)，一方面是盡量選擇分子量較高的PC原料，另一方面是盡量減少PC/ABS加工過程中的降解，防止PC分子量下降。回復(fù)“PC”查看更多

在PC中引入ABS后，可降低PC對(duì)厚度和缺口的沖擊敏感性。

選擇四種不同膠含量的ABS：ABS16（16%Rubber），ABS38（38%Rubber），ABS45（45%Rubber）和ABS50（50%Rubber）進(jìn)行評(píng)價(jià)。回復(fù)“ABS”查看更多

一般地， ABS沖擊強(qiáng)度會(huì)隨著膠含量的上升而提高，但到一定程度（45%）后提升不再明顯，如圖4，可以看到ABS對(duì)厚度的敏感性比PC弱得多，其1/4”沖擊可達(dá)1/8”沖擊的50%以上（PC只有20%-25%）。

圖表4 ABS膠量對(duì)ABS沖擊強(qiáng)度的影響

將以上不同膠量的ABS與PC3.2 （Mw=3.2w）共混后制成合金，其沖擊性能隨溫度變化如圖5.

圖5.不同膠量ABS對(duì)PC/ABS在不同溫度下沖擊強(qiáng)度的影響

可以看出，在常溫（25℃）時(shí)，不同膠量ABS的PC/ABS均表現(xiàn)出高的韌性，缺口沖擊均在700-750J/m。隨著溫度降低，膠量較低的PC/ABS缺口沖擊快速下降，如在-30℃時(shí)，PC/ABS16的缺口沖擊下降到了220J/m，而PC/ABS38和PC/ABS45仍保持650J/m以上。需要注意的是，ABS50 在與PC共混時(shí)，會(huì)造成PC的嚴(yán)重降解，無(wú)法制得有意義的合金。

將ABS38與合適的SAN復(fù)配制得不同膠含量（0%-38%）的乳液法ABS，再分別與PC3.2共混制得合金，考察其膠含量對(duì)PC/ABS脆韌轉(zhuǎn)變溫度和沖擊強(qiáng)度的影響，如圖6和圖7。由圖6，ABS膠含量高于10%時(shí)，PC/ABS的脆韌轉(zhuǎn)變溫度隨著膠含量的升高而逐漸降低；而ABS膠含量低于10%時(shí)，脆韌轉(zhuǎn)變溫度隨膠量減少而迅猛提升。對(duì)于要求低溫韌性的PC/ABS來說，保持ABS中膠含量在臨界值以上是必要的。

圖6.ABS膠含量對(duì)PC/ABS脆韌轉(zhuǎn)變溫度的影響

圖7.ABS膠含量對(duì)PC/ABS缺口沖擊強(qiáng)度的影響

圖7表明ABS的膠含量存在臨界值，使PC/ABS在不同條件下發(fā)生脆韌轉(zhuǎn)變，且膠量達(dá)到一定量后，其缺口沖擊強(qiáng)度不再隨膠量增加而明顯提升。對(duì)于3.18mm 樣條來說，ABS膠含量達(dá)到5%即可使 PC/ABS表現(xiàn)出韌性，而對(duì)于6.35mm樣條來說，膠含量要達(dá)到10% 以上才表現(xiàn)出韌性。

而且，6.35mm的樣條在膠量為10% 時(shí)，近澆口和遠(yuǎn)澆口處的斷裂表現(xiàn)也不同。近澆口端表現(xiàn)出韌性，并且斷面周圍有明顯的應(yīng)力發(fā)白現(xiàn)象，而遠(yuǎn)澆口端只表現(xiàn)出準(zhǔn)韌性，且斷面呈脆性斷裂。這種現(xiàn)象主要與ABS在PC中的相態(tài)有關(guān)，包括橡膠相的大小、形狀、分散等情況（后續(xù)會(huì)有討論）。

可見，在PC中引入ABS后，可降低PC 對(duì)厚度和缺口的沖擊敏感性。一般地，ABS膠量存在一個(gè)臨界值，使對(duì)應(yīng) PC/ABS在常溫時(shí)呈現(xiàn)脆韌轉(zhuǎn)變，在此之上， PC/ABS缺口沖擊不再隨膠量增加而明顯提升；還存在一個(gè)臨界值，使PC/ABS的脆韌轉(zhuǎn)變溫度呈現(xiàn)突變，且超過此臨界值時(shí)，脆韌轉(zhuǎn)變溫度隨著膠含量提升而不斷降低。ABS在PC中的相態(tài)也會(huì)對(duì)PC/ABS的韌性產(chǎn)生重要影響。回復(fù)“ABS”查看更多

一般而言，PC含量為60%-80%之間，PC/ABS的韌性最佳。

關(guān)于PC/ABS配比，我們耳熟能詳?shù)谋壤秊?/span>70/30。那么為什么是這個(gè)比例呢？它在什么情況下都是最優(yōu)的選擇嗎？

將ABS38(Rubber=38%)與合適SAN共混使膠含量為16%再與PC3.2（Mw=3.2w）以不同比例共混制得合金，其缺口沖擊性能如圖8。

圖8：PC含量對(duì)PC/ABS缺口沖擊強(qiáng)度的影響

可以看到，隨著PC含量的提升， PC/ABS的1/8”缺口沖擊是不斷增大的，而1/4”缺口沖擊則呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)，在PC/ABS為70/30時(shí)呈現(xiàn)最大值，也就是說此時(shí)PC/ABS對(duì)厚度的敏感性最弱。

PC含量對(duì)PC/ABS脆韌轉(zhuǎn)變溫度的影響又是什么樣的呢？

圖9.PC含量對(duì)PC/ABS脆韌轉(zhuǎn)變溫度的影響

圖9表明，PC/ABS的3.18mm樣條的脆韌轉(zhuǎn)變溫度基本隨PC含量的增大而降低，而6.35mm樣條則呈現(xiàn)先降低后升高，在 PC/ABS為50/50時(shí)呈現(xiàn)最低值。可見，對(duì)有低溫韌性要求的PC/ABS來說，70/30未必是最佳選擇，而且厚度不同時(shí)，其PC含量變化方向也應(yīng)不同。

可見，PC中引入ABS后，其3.18mm的常溫IZOD沖擊下降，脆韌轉(zhuǎn)變溫度提升；但6.35mm的IZOD沖擊強(qiáng)度提升，脆韌轉(zhuǎn)變溫度下降。因此，常用配比70/30可認(rèn)為是綜合考慮了厚度、溫度等因素對(duì)沖擊性能影響的選擇。

也有研究認(rèn)為，當(dāng)PC/ABS配比為80/20 時(shí)，沖擊強(qiáng)度出現(xiàn)最大值，當(dāng)PC/ABS配比為70/30時(shí)，拉伸強(qiáng)度出現(xiàn)極大值；當(dāng)ABS 含量為50%時(shí)，PC/ABS的流動(dòng)性最好。將市場(chǎng)上常用的PC1100和 ABS8391復(fù)配后發(fā)現(xiàn)，基本符合此規(guī)律，如圖10所示。

圖10.PC含量對(duì)PC1100/ABS8391不同厚度樣條缺口沖擊強(qiáng)度的影響

因此，PC/ABS共混物沖擊強(qiáng)度的表現(xiàn)是與樣條厚度、測(cè)試溫度等相關(guān)的，且其變化趨勢(shì)未必一致，對(duì)于不同的PC和 ABS，其最佳配比可能有所不同。從研究及經(jīng)驗(yàn)來看，一般最佳值出現(xiàn)在PC含量為60%-80%之間。回復(fù)“PC/ABS”查看更多

相態(tài)穩(wěn)定對(duì)于保持或者提升PC/ABS的韌性至關(guān)重要，而對(duì)于改善相態(tài)，除了選擇合適的PC和ABS基材，添加反應(yīng)型相容劑也是重要的手段。

對(duì)于PC/ABS來說，相態(tài)是一個(gè)非常重要而又常常被忽視的問題。我們經(jīng)常遇到一種情況，就是用樣條測(cè)試時(shí)，沖擊強(qiáng)度明明很高，但在注塑制件后，在卡扣、拐角或熔接線等位置卻容易發(fā)生斷裂。這除了因各種原因造成的降解外，還有一個(gè)重要的原因便是相態(tài)不佳。

一般來說，相態(tài)包括相疇的尺寸、形狀和分散等方面。在原則二時(shí)已提到，使用膠含量為10%的PC/ABS（70/30）的6.35mm彎曲樣條的近澆口端和遠(yuǎn)澆口端分別測(cè)試沖擊強(qiáng)度，其結(jié)果有很大差異。

圖11. PC/ABS近澆口和遠(yuǎn)澆口端沖擊強(qiáng)度差異

通過TEM照片，可以看出兩部分的相態(tài)有明顯區(qū)別。其中，SAN相（白色區(qū)域）包裹著橡膠相（黑色區(qū)域），分散于PC相（灰色區(qū)域）中。遠(yuǎn)澆口端（右圖）與近澆口端（左圖）相比，相疇尺寸大，形狀被拉伸呈不規(guī)則的長(zhǎng)條形，橡膠分散不均勻。這就導(dǎo)致其在受到外力作用時(shí)吸收能量少，表現(xiàn)為沖擊強(qiáng)度下降。

圖12 PC/ABS注塑樣條近澆口端（左）和遠(yuǎn)澆口端（右）TEM圖

這就可以解釋前面提及的沖擊樣條沖擊強(qiáng)度高而注塑制件韌性差的現(xiàn)象了。沖擊樣條結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，故其相態(tài)無(wú)較大缺陷；而一般制件結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，在出現(xiàn)流道較長(zhǎng)、制件較厚、拐角、料流匯合等情況時(shí)，其相態(tài)就會(huì)出現(xiàn)缺陷，導(dǎo)致容易斷裂。那么如何解決這一問題呢？

添加反應(yīng)型相容劑是一個(gè)較好的選擇。接上例，在PC/ABS中加入1份SAN-胺類相容劑（如圖13），不管近澆口還是遠(yuǎn)澆口端相態(tài)都出現(xiàn)較大改善，如圖14。

圖13 SAN-胺相容劑與PC反應(yīng)形成SAN-g-PC

圖14 PC/ABS/SAN-胺（70/30/1）注塑樣條近澆口端（左）和遠(yuǎn)澆口端（右）TEM圖

這是因?yàn)椋琒AN-胺相容劑一方面與ABS相容性好，另一方面其官能團(tuán)可與PC反應(yīng)，通過原位反應(yīng)形成共聚物SAN-g-PC，降低了兩相的界面張力，阻止了橡膠相團(tuán)聚的傾向，增加兩相界面間的粘結(jié)力，并使SAN相的尺寸減小，因而相態(tài)更為穩(wěn)定。

目前，市場(chǎng)上已有類似相容劑在售，如佳易容?SAG系列（SAN-GMA），其結(jié)構(gòu)與上述相容劑類似，只是將胺基官能團(tuán)替換為更適合于PC的環(huán)氧官能團(tuán)GMA，反應(yīng)后同樣生成SAN-g-PC共聚物（如圖15）。

圖15 SAG改善PC/ABS相容性

上海錦湖日麗的柏蓮桂等人的專利“一種高韌性的聚碳酸酯組合物及其制備方法”（申請(qǐng)?zhí)枺?01310713277.4）中即提到添加此種相容劑佳易容?SAG，“通過反應(yīng)型相容劑和基材反應(yīng)使粘度增加，使PC/ABS 的雙連續(xù)相的組成向PC 高的方向移動(dòng)，使得雙連續(xù)相的結(jié)構(gòu)在很大的組成范圍內(nèi)形成，提高了韌性”，便是從改善相態(tài)的角度改善韌性。

總之，相態(tài)穩(wěn)定對(duì)于保持或者提升PC/ABS的韌性至關(guān)重要，特別在一些較長(zhǎng)、較厚、較復(fù)雜的制件中，較易出現(xiàn)因相態(tài)失穩(wěn)導(dǎo)致的韌性下降。而對(duì)于改善相態(tài)，除了選擇合適的PC和ABS基材，添加反應(yīng)型相容劑也是重要的手段。回復(fù)“PC/ABS”查看更多

來源：相容化技術(shù)論壇

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