基于PC-PBT共混物納米復(fù)合材料的制備及其結(jié)構(gòu)性能表征.pdf

1、聚合物共混改性已經(jīng)成為開發(fā)具有優(yōu)異物理化學(xué)性質(zhì)的新材料的一種最具吸引力的方法。這種方法簡單有效而又經(jīng)濟(jì)實惠，并且具有共混物的結(jié)構(gòu)易于調(diào)控，性能可以取長補(bǔ)短等優(yōu)點，因而獲得了廣泛應(yīng)用與推廣。聚對苯二甲酸丁二醇酯(Poly(butyleneterephthalate)，PBT)具有良好的機(jī)械強(qiáng)度和韌性，優(yōu)異的耐熱性和耐化學(xué)腐蝕性，良好的加工性能等特點;聚碳酸酯(Polycarbonate，PC)則具有沖擊韌性好，抗蠕變性能優(yōu)異以及尺寸穩(wěn)定性

2、好等特點。將PC和PBT共混，可以形成良好的互補(bǔ)，非晶的PC提供耐沖擊性和韌性，而結(jié)晶的PBT則提供耐化學(xué)腐蝕性和熱穩(wěn)定性。然而，由于PC和PBT均屬于缺口敏感型材料，共混物的缺口沖擊強(qiáng)度較低;兩者之間酯交換反應(yīng)的發(fā)生會抑制PBT的結(jié)晶，導(dǎo)致共混物耐熱性和耐化學(xué)腐蝕性降低。這些不足之處都影響著PC/PBT共混物的使用前景。因此，PC/PBT共混物的改性顯得尤為重要且具有較大的商業(yè)潛力。
　　本論文以PC/PBT共混物作為研究對象，

3、首先考察了馬來酸酐接枝苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯共聚物(Maleic anhydride grafted styrene-ethylene-butylene-styrene，SEBS-g-MAH)、馬來酸酐接枝聚烯烴彈性體(Maleic anhydride grafted polyolefinelastomer, POE-g-MAH)以及馬來酸酐接枝丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(Maleieanhydride grafted acryl

4、onitrile butadiene styrene copolymers，ABS-g-MAH)三種不同的彈性體對PC/PBT共混物性能和結(jié)構(gòu)的影響;接著以碳納米管(Carbon nanotubes，CNTs)作為納米填料，研究了CNTs對PC/PBT共混物機(jī)械性能、相形貌、結(jié)晶性能以及電學(xué)性能的改性作用;最后將少量SEBS-g-MAH與CNTs同時引入PC/PBT共混物中，通過一步法來制備PC/PBT/SEBS-g-MAH/CNTs納

5、米復(fù)合材料，系統(tǒng)研究了CNTs含量對PC/PBT/SEBS-g-MAH共混物機(jī)械性能、相形貌、結(jié)晶性能以及電學(xué)性能的影響，在此基礎(chǔ)上闡述了CNTs與彈性體協(xié)同增韌PC/PBT共混物的作用機(jī)制。得到的主要研究成果如下:
　　(1)在PC/PBT共混物中分別引入SEBS-g-MAH、POE-g-MAH以及ABS-g-MAH，采用熔融共混法制備了不同的共混物。研究了彈性體的種類以及含量對PC/PBT共混物機(jī)械性能的影響，從熱力學(xué)角度對彈

6、性體在PC/PBT共混物中的分布進(jìn)行了預(yù)測，并采用掃描電子顯微鏡（Scanning electron microscope，SEM）觀察具體形貌予以驗證。結(jié)果表明三種彈性體都具有一定的增韌效果。分析認(rèn)為:增韌機(jī)理主要有彈性體粒子與共混物基體界面間存在有利于增韌的空穴;彈性體的加入抑制了PC與PBT之間的酯交換反應(yīng)。其中SEBS-g-MAH與POE-g-MAH的增韌效果較好，而ABS-g-MAH則效果不佳，這是因為前者分布在PBT組分中形

7、成了有利于增韌的核殼結(jié)構(gòu)，而后者分散在PC相中并沒有這樣的效果。此外通過調(diào)整PC/PBT的組分比，調(diào)控共混物的特殊形貌，在彈性體含量較低的情況下實現(xiàn)了對共混物沖擊韌性的改善。
　　(2)通過向PC/PBT共混物中引入CNTs制各三元納米復(fù)合材料，研究了CNTs對PC/PBT(50/50以及80/20)共混物機(jī)械性能、相形貌、結(jié)晶性能以及電學(xué)性能的影響。結(jié)果表明CNTs具有優(yōu)異的成核作用，可以較大程度地提高共混物中PBT的結(jié)晶能力，

8、從而抑制PC與PBT之間的酯交換反應(yīng)。此外，CNTs可以提高共混物的沖擊韌性，引入2 wt％ CNTs可以使PC/PBT(50/50)共混物的缺口沖擊強(qiáng)度提高58.3％;使PC/PBT(80/20)共混物的缺口沖擊強(qiáng)度提高50.9％。PC/PBT(80/20)體系的斷裂伸長率也由14.3％提高到100％。流變測試表明CNTs可以形成導(dǎo)電逾滲網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，這是復(fù)合材料體積電阻率降低的主要原因。
　　(3)向PC/PBT共混物中同時引入少

9、量SEBS-g-MAH彈性體以及不同含量的CNTs，采用一步法熔融共混成功制備了超韌納米復(fù)合材料。PC/PBT(50/50)體系中CNTs含量越高，復(fù)合材料缺口沖擊強(qiáng)度的提高越明顯，當(dāng)CNTs含量達(dá)到2wt％時，復(fù)合材料的缺口沖擊強(qiáng)度提高到43 kJ/m2。PC/PBT(80/20)體系中，在引入少量彈性體的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步引入CNTs，成功制備了0℃缺口沖擊強(qiáng)度高達(dá)60 kJ/m2的PC/PBT共混物基超韌納米復(fù)合材料。分析認(rèn)為其增韌機(jī)

10、理主要有以下幾個方面:第一，SEBS-g-MAH和CNTs的加入會抑制PC與PBT組分之間的酯交換反應(yīng)，較大程度上提高了PBT的結(jié)晶能力。第二，分散的SEBS-g-MAH粒子在體系中起到了沖擊改性劑的作用。第三，CNTs的加入可以減小SEBS-g-MAH的分散粒徑及粒間距，也可以增強(qiáng)SEBS-g-MAH粒子與其他組分的界面結(jié)合力，這都有利于材料韌性的提高。最后，CNTs在體系中可以起到連接各相的橋聯(lián)作用，傳遞各相之間的應(yīng)力，避免應(yīng)力集中