2.5 PC／ABS合金新型高效相容剂
（陈耀庭，朱志翔，张发饶）
2.5.1 概述
聚碳酸酯（PC）/丙烯腈-丁二烯-苯乙烯（ABS）合金由于综合了两者的优良性能，一方面既可提高ABS耐热性、冲击强度和拉伸强度，另一方面可降低PC的熔体黏度，改善加工性能，减少制品对应力敏感性以及降低成本而广泛应用于汽车、电子、办公设备等制造。
PC/ABS合金中，当PC的含量较高时，PC包围SAN，而苯乙烯-丙烯腈（SAN）树脂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。
共聚物合金虽能综合各组分聚合物的优异性能，但不相容的共混物却由于其界面的不良粘接而使力学性能损失严重，PC/ABS合金实际包含了PC/SAN/PB三相复杂的微观共混结构，研究发现其中PC与SAN树脂的溶度参数之差为0.84（J/cm3）1/2，而PC与PB的溶度参数之差为7.45（J/cm3）1/2，Wildes等认为由于溶解度参数的关系，PC与SAN能相互分散，且具有良好的粘接性，而与PB橡胶相的相容性却不佳。因此为了最大限度地提高PC/ABS合金性能，通过加入第三组分增加两者相容性十分关键。一般常用的相容剂有：ABS接枝物、MAH反应增容、丙烯酸或甲基丙烯酸酯的共聚物、胺基SAN、双组分增容等。
Balakrishnan等以ABS熔融接枝MAH的接枝物mABS代替ABS，发现PC/ABS简单二元共混体系的分散较粗糙，而mABS增容的PC/ABS共混体系呈层状分散结构。共混物经过改性后，提高了相容性，改性后共混物的缺口冲击强度大大高于简单的PC/ABS共混物。
Cho等制备了烷基丙烯酸胺类接枝共聚物（Pet-Acr-g-PCL），己内酯部分（PCL）作为PC/ABS共混物的相容部分，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。
Tijong等先把ABS及5％马来酸酐接枝的聚丙烯共混造粒，然后加入环氧树脂再次共混造粒。拉伸强度和Izod冲击强度测试表明，2份环氧树脂加入到PC/马来酸酐接枝ABS（70/30）中，拉伸强度和冲击强度大幅度增加。试验表明，马来酸酐中的功能基团能有效地增容，大大提高了共混物的拉伸强度和冲击强度。
韩国釜山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：聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）作为一种有效的增容剂可以提高1/4的Izod缺口冲击强度和拉伸强度，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。
美国研究人员Wildes等利用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。
孙清等在PC/ABS合金及其阻燃合金中加入甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物（MBS）作为增容剂，经过测试发现，冲击强度在PC/ABS/MBS质量比为70/20/10时出现极大值，并且比未加MBS的PC/ABS的冲击强度有所提高，还可以提高合金的阻燃性能，所得合金的综合性能优异。
罗筑等研究了PC/ABS的增韧，分别采用马来酸酐接枝三元乙丙酸、苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物、聚苯乙烯马来酸酐接枝共聚物对PC/ABS进行共混改性，并进行了弹性体与增容剂双组分增韧共混改性试验，结果表明：增容剂（聚苯乙烯马来酸酐接枝共聚物）与弹性体（苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物）的综合增韧作用产生了协同效应，优于单独的增韧效果。
唐颂超等分别研究了PC/ABS及PC/ABS/PE-g-MAH共混体系的力学性能和应力开裂性能。结果表明：ABS的加入提高了PC的冲击强度，ABS的含量及品种影响PC/ABS的力学性能，ABS能提高PC的耐溶剂应力开裂性能。在PC/ABS合金中添加PE-g-MAH使共混物的缺口冲击强度大大提高，拉伸强度也有所改善。
本文在此类研发的基础上开发出了一款全新的PC/ABS高效相容剂，此类相容剂能保持PC/ABS原有断裂及弯曲强度不大幅度降低的前提下显著提高PC/ABS合金缺口冲击强度及断裂伸长率等性能，并与国外EM500，2620等进行了性能对比，完全可以取代MBS类产品。
2.5.2 实验原料与设备
2.5.2.1 主要原料
PC：122，台湾奇美化学；ABS：757，台湾奇美化学；Cl（相容剂1）：MBS EM500，韩国LG化学；C2（相容剂2）：MBS2620，美国罗门哈斯；C3（相容剂3）：ABS-g-MAH，GPM-400A，宁波能之光；C4（相容剂4）：聚烯烃-g-MAH，N413，宁波能之光；C5（相容剂5）：600A，宁波能之光。
2.5.2.2 仪器与设备
双螺杆挤出机：SHJ-20，南京杰恩特；塑料注塑机：HCF100-W3，宁波明和；拉力试验机：CMT6104，深圳新三思；悬臂梁缺口冲击试验机：ZBC-1400-2，深圳新三思；烘箱：WD60l，上海增达。
2.5.2.3 试样制备及处理
首先将PC在120℃下烘干处理4h，ABS在80℃下烘干处理8h后按一定比例进行高速共混后，通过双螺杆挤出机挤出造粒，挤出温度230～245℃。所得粒料在120℃下烘干4h后进行注塑，注塑温度为235～245℃。注塑样条冷却4h后进行性能测试。
2.5.2.4 性能测试
拉伸性能按GB/T 1040—2006测试；弯曲强度按GB/T 9341—2000测试；冲击强度按GB/T 1843—1996测试。
2.5.3 相容剂对PC/ABS合金力学性能影响
（1）合金缺口冲击性能
PC/ABS合金中PB橡胶相的增加，共混物的冲击强度得以提高；而当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。根据各种资料显示，当PC/ABS质量配比为7/3时，其合金的综合强度、流动性、价格等都能达到一个较好的平衡点，因此本文将以此比例作为研究对象。
ABS、聚乙烯（PE）及苯乙烯-乙烯/丁烯-苯乙烯（SEBS）弹性体等接枝物、聚苯乙烯（PS）/MAH共聚物、丙烯酸及甲基丙烯酸酯的共聚物等对PC/ABS合金相容增韧都有一定的效果，而MBS类产品是目前市场上使用最广泛公认效果较理想的一类，本文将选取其中LG EM500（简称C1），MBS2620（简称C2），GPM-400A（简称C3）及N413（简称C4）与本文自制新型高效相容剂600A（简称C5）进行性能对比，判断其相容和增韧效果。
图2-9是各相容剂不同添加量时对PC/ABS缺口冲击强度的影响。由图可知，未添加相容剂时PC/ABS合金缺口冲击强度较低仅45kJ/m2，缺口断截面光滑。而普通C3、C4相容剂对PC/ABS合金韧性改善效果并不明显，且随添加量的增大时表现出不同程度的降低。对于最常用的C1和C2，当添加量为1.5％和2.5％时缺口冲击强度依旧不理想，MBS类增韧剂对PC/ABS合金增韧效果一般需添加5％以上才能起到较好的增韧效果，实现脆韧转变，这与其他各类资料相吻合。
图2-9 相容剂添加量对合金缺口冲击强度影响
新型C5相容剂当添加量仅为1.5％时，就能实现脆韧转变，缺口断截面粗糙且表现为明显凹凸状，缺口冲击强度由原来的45kJ/m2提高到60kJ/m2以上，可以理解为C5内部各组分起协同效应而产生的高效增韧效果。
（2）合金拉伸强度性能
图2-10是各相容剂不同添加量时对PC/ABS拉伸强度的影响。相容剂的添加不可避免会使PC/ABS合金的拉伸强度降低，但必须保证在增韧合金的同时不大幅度降低材料的拉伸强度。由图可知，材料拉伸强度对于各种相容剂的添加都相应减小，且随着相容剂添加量增加而降低。相对于其他相容剂，C5下降幅度最小，C2其次。
图2-10 相容剂添加量对合金拉伸强度影响
（3）合金断裂伸长率性能
图2-11是各相容剂不同添加量时对PC/ABS断裂伸长率的影响。实际应用中通过合金材料断裂伸长率大小以及拉伸表面的一些起皮分层现象均能较准确地反映出合金材料的相容性。由图可知，C1、C2类相容剂对材料断裂伸长率均起到一定效果，但随着相容剂含量增加，伸长率上升趋势减缓，而C3、C4类相容剂随着添加量增大，材料断裂伸长率呈现较快增长，C5相容剂依然体现出其高效性，当添加量仅为1.5％时，断裂伸长率达到50％以上。
图2-11 相容剂添加量对合金断裂伸长率影响
2.5.4 合金外观性能
PC/ABS合金在不添加任何相容剂时为白色光滑表面，以上各类相容剂除C3添加量过高时而略微发黄外，其余4组相容剂均能较好保持材料光滑乳白色外观，其中以C1、C2的MBS类相容剂外观性能最为满意。
2.5.5 结论
①C3、C4类普通相容剂对PC/ABS合金材料断裂伸长率有一定贡献外增韧效果并不明显。
②C1、C2类MBS相容剂用于PC/ABS合金材料时候，添加量较少增韧效果有限，此类相容剂需添加较多组分时才能体现出其作用。
③相对于C1及C2，C5新型高效相容剂在添加量仅为1.5％时就能起到明显的增韧效果且对材料断裂伸长率各方面均有贡献，可以认为是C5内部特殊的多组分起协同效应产生的效果，完全可以取代国外价格昂贵的MBS类相容剂。