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PC/PBT合金材料技术问题大揭秘!

                       
更新日期:2020-07-29 17:15:00 星期三
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聚碳酸酯 (PC) 聚碳酸酯 (PC) 具有高强度及弹性系数、高冲击强度、使用温度范围广;高度透明性及自由染色 […]

聚碳酸酯 (PC)

聚碳酸酯 (PC) 具有高强度及弹性系数、高冲击强度、使用温度范围广;高度透明性及自由染色性;成形收缩率低、尺寸安定性良好等优点。同时也有熔融体黏度大,流动性差,成型加工难度较大等缺点。

 

聚对苯二甲酸丁二醇酯 (PBT)

聚对苯二甲酸丁二醇酯 (PBT) 是一种半结晶型热塑性聚酯,有高耐热性、韧性、耐疲劳性,自润滑、低摩擦系数,且耐有机溶剂。

随着技术的高速发展,市场对塑料材料有越来越高的要求。将PC与PBT通过共混改性而成的PC/PBT合金材料在办公自动化、家电、电源和汽车零部件等多个领域得到了较为广泛的应用。

PC与PBT都是含聚酯结构的材料,在通过挤出机熔融共混制备合金材料的过程中,分子链中大量的酯基基团之间极易发生酯交换反应。

加工温度对PC/PBT合金性能的影响

将双螺杆挤出机转速固定为450r/min,喂料固定为100kg/h。

 

力学性能

加工温度对力学性能的影响

加工温度变化对材料的拉伸与弯曲性能影响不大。当温度为250℃时,材料的悬臂梁缺口冲击强度达到最高值,温度升高,悬臂梁缺口冲击强度下降。这是因为PC/PBT属于典型的非结晶与结晶聚合物共混体系,其界面黏合不良,冲击强度低,PC与PBT发生酯交换反应后会生成中间产物,中间产物会促进PC与PBT界面的结合,提高材料的性能。但随着温度的升高(275℃及以上),反应变得随机不可控,材料内部不同程度的降解让材料的缺口冲击性能反而下降。

 

熔体质量流动速率

加工温度对MFR的影响

材料的熔体质量流动速率随着加工温度升高而升高,这主要是酯交换反应导致的。在干燥条件下,PC的热稳定性比PBT好,而PBT的热降解速率常数也仅约0.0001/min数量级。温度升高后,酯交换反应程度进一步提高,所生成的嵌段共聚物的平均嵌段长度逐渐变小,进而导致体系的黏度下降,流动性提高。

 

耐热性能

加工温度对热变形温度的影响

温度升高之后,材料的热变形温度下降。这主要是因为酯交换反应程度的加剧引起材料的分子量进一步降低,尤其是其中提供耐热性能的PC逐渐发生降解,受热时分子链更容易发生链段运动,材料的热变形温度也随之降低。

 

转速对PC/PBT合金性能的影响

双螺杆挤出机喂料固定为100kg/h,加工温度设定为250℃。

 

力学性能

转速对力学性能的影响

转速变化对材料的拉伸与弯曲性能影响不大。但随着转速的增加,材料的悬臂梁缺口冲击强度逐渐略有提升。转速提升会导致挤出螺杆的剪切分散作用增强,PC树脂、PBT树脂以及增韧剂等各组分在螺筒中分散更加均匀,材料的性能更好 。

 

熔体质量流动速率

转速对MFR的影响

随着转速增加,材料的熔体流动速率也大幅提升。一方面,转速增加会导致挤出螺杆的剪切分散作用增强,PC树脂、PBT树脂以及增韧剂等各组分在螺筒中分散更加均匀,使得材料的流动阻力变小。

另一方面,转速增加后会产生更多的剪切热,热量促进酯交换反应的进行,嵌段共聚物的平均嵌段长度逐渐变小,进而材料流动性提高。

 

热变形温度

转速对热变形温度的影响

当转速增加之后,材料的热变形温度呈现逐步下降的趋势。一方面材料发生轻微降解,链段变小的原因是剪切增强; 另一方面,酯交换反应程度的加剧使材料的分子量降低,材料受热时生链段运动更容易发生,从而导致了材料的热变形温度也随之降低。

 

扫描电镜图

不同工艺条件下的材料制备的冲击样条脆断后断裂面SEM

温度对比方面,当挤出温度较低时,PC 和 PBT 两相分明,存在明显界限,表明二者相容性较差。随着温度升至300℃,PC和PBT的界限变得模糊,不过仍可分清,表明随着温度上升后 PC 和 PBT 的相容性得到极大提升。

转速对比方面,随着转速从低转速提高到高转速后,PC与PBT相界限也变得不清晰,但不如从a到c的显著,PC与PBT的反应程度更大程度受温度而不是剪切强弱影响。

 

加工温度对PC/PBT合金性能的影响

1) 加工温度越高,材料的酯交换反应程度越高,材料的流动性越好,耐热性能越差。

2) 温度过低或者过高会造成材料的韧性差,加工温度应保持在250℃左右。

3) 在300~600r/min这个范围内,转速的增加会使得材料的分散更好,力学性能更佳。

4) 转速增加后材料发生更大程度的酯交换反应,流动性增加,耐热性能下降。

5) 从SEM分析,PC与PBT之间反应程度受剪切影响相对较小,温度起到更决定性的作用。

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