PBT及PC合金材料性能的研究

毕 业 论 文学生姓名： 学 号： 学 院： 材料科学与工程学院 专 业： 高分子材料与工程 题 目： PBT/PC 合金材料性能的研究 指导教师： 评阅教师： 2012 年 6 月河 北 科 技 大 学 毕 业 论 文 成 绩 评 定 表姓 名 学 号 成 绩专 业题 目指导教师评语及成绩指导教师： 年 月 日评阅教师评语及成绩评阅教师： 年 月 日答辩小组评语及成绩答辩小组组长： 年 月 日答辩委员会意见学院答辩委员会主任： 年 月 日注：该表一式两份，一份归档，一份装入学生毕业设计说明书（论文）中。毕 业 论 文 中 文 摘 要本实验利用双螺杆挤出机熔融共混制备聚对苯二甲酸丁二醇酯（PBT）和聚碳酸酯（PC）复合材料，研究了不同质量分数的 PC 对复合材料的力学性能的影响，并且利用了扫描电镜观察了复合材料的冲击断面及其 PC 的分散情况。实验表明，与纯 PBT 的性能作比较，其抗弯强度及其拉伸强度呈现先增大后减小的趋势，冲击强度和热变形温度呈先减小后增大再减小的趋势，弯曲模量呈现先增大后减小再增大后又减小的趋势，断裂伸长率在 PC 组分为 15%时候最小，在 PC 组分为 40%时达到最大。分析发现 PBT/PC 合金材料在配比为 70/30 时候综合性能较好。关键词 PBT PC 复合材料 力学性能毕 业 论 文 外 文 摘 要Title PBT/PC alloy material properties AbstractThis experiment using twin-screw extruder molten blend together preparation PBT ester (PBT) and the polycarbonate (PC) composite materials, the different quality score PC on the mechanical properties of composite influence, and use of the scanning electron microscopy (sem) the impact of the composite material and its PC of the dispersion of a section. Experimental results show that the performance of the pure PBT comparison, the bending strength and tensile strength of the present first increases, then decreases trends, impact strength and thermal deformation temperature decrease again after a first increase decrease the trend, bending modulus present first increases, then decreases to increase and decrease after the trend, elongation at break in the PC group is divided into 15% minimum when, in the PC group is divided into 40% when the maximal. Analysis found that PBT/PC alloy material in the ratio for 70/30 time comprehensive performance is better. Key Words PBT PC Composites Mechanical properties本 科 毕 业 论 文 第 页 共 页目 录 1 引言 11.1 关于 PBT PC 材料简介11.2 PBT 材料的发展史 11.3 PBT 材料的发展现状21.4 PBT 材料的发展趋势及其方向 41.5 本课题的研究内容及所采用的方法 72 实验部分 92.1 实验试剂 92.2 实验仪器和设备简介 92.3 实验步骤 152.4 性能测试与结构表征163 结果与讨论 173.1 成型加工工艺参数的确定 173.2 不同组分 PC 下合金的力学性能173.3 PC 用量对共混体系弯曲模量的影响 183.4 PC 用量对共混体系弯曲强度的影响 183.5 PC 用量对共混体系拉伸强度的影响 193.6 PC 用量对共混体系缺口冲击强度的影响 203.7 PC 用量对共混体系热变形温度的影响 203.8 PC 用量对共混体系断裂伸长率的影响 213.9 共混物的扫描电镜 21结论 23本 科 毕 业 论 文 第 页 共 页致谢 24参考文献 25biyesheji1百手起驾 整理为您1 引言当今社会的发展进步，高分子材料是现代工业和科技发展的基础和关键，是人类赖以生存的重要物质。由于生产需要，我们所需要材料的优越性能，但是其他性能较好，就是某个单一性能比较差，不符合人类所需要的标准。21 世纪高分子材料的主要发展方向就是对高分子材料进行改性，对材料进行改性从而获得性能优异的材料。随着高分子材料的改性技术不断的发展进步，各种改性技术的相互关系也逐渐的凸显出来了。所以如何更好的利用改性方法以及更好的平衡各种改性方法的关系 ，成了影响高分子材料发展的重要因素。1.1 关于 PBT、PC 材料简介聚 对 苯 二 甲 酸 丁 二 醇 酯 (PBT)是 综 合 性 能 优 异 的 工 程 材 料 ， 其 为 乳 白 色 半 透 明到 不 透 明 、 结 晶 型 热 塑 性 聚 酯 。 有 非 常 好 的 化 学 稳 定 性 、 机 械 强 度 、 电 绝 缘 特 性 、和 热 稳 定 性 。 其 结 晶 速 率 快 ， 高 速 成 型 ， 具 有 优 异 的 耐 溶 剂 性 、 耐 热 性 ， 韧 性 ，耐 磨 性 、 耐 候 性 、 耐 疲 劳 性 、 自 润 性 、 低 摩 擦 系 数 、 吸 水 率 低 ， 仅 为 0.1%， 在潮 湿 的 环 境 下 仍 然 保 持 着 各 种 良 好 性 能 ， 电 绝 缘 性 好 ， 但 是 体 积 电 阻 、 介 电 损 耗 大 。拉 伸 性 能 较 好 ， 但 其 成 品 成 型 收 缩 率 较 大 ， 存 在 着 缺 口 冲 击 强 度 低 ， 耐 水 解 性 差 ，低 温 下 迅 速 结 晶 ， 高 温 刚 性 不 足 等 特 点 1。 聚 碳 酸 酯 (PC)是 一 种 线 型 的 几 乎 无 色 的 玻 璃 态 无 定 形 聚 合 物 ， 具 有 冲 击 强 度 良好 ， 电 绝 缘 性 能 优 良 ， 使 用 温 度 范 围 宽 ， 制 品 尺 寸 稳 定 性 好 等 优 点 ， 但 分 子 含 有 大量 的 苯 环 ， 分 子 刚 性 和 空 间 位 阻 都 较 大 ， 故 其 熔 融 温 度 较 高 ， 加 工 时 流 动 性 能 差 制品 易 发 生 应 力 开 裂 ， 残 余 应 力 较 大 ， 耐 磨 性 差 ， 对 缺 口 敏 感 ， 这 些 都 使 其 在 生 产 应用 中 受 到 了 限 制 2。1.2 PBT 材料的发展史PBT 最 早 是 德 国 科 学 家 P.Schlack 于 1942 年 研 制 而 成 ， 之 后 美 国 Celanese公 司 进 行 工 业 开 发 ， 并 以 Celanex 商 品 名 上 市 ， 于 1970 年 以 30%玻 璃 纤 增 强 塑 料投 放 市 场 ， 商 品 名 为 X-917， 后 改 为 CELANEX。 1971 年 Eastman 公 司 推 出 了 有 玻璃 纤 增 强 链 和 不 增 强 的 产 品 ， 商 品 名 Tenite(PTMT)； 同 年 GE 公 司 也 开 发 出 同 类产 品 ， 有 不 增 强 、 增 强 和 自 熄 性 的 三 个 品 种 。 随 后 世 界 知 名 厂 商 德 国biyesheji2百手起驾 整理为您BASF、 Bayer、 美 国 GE、 Ticona， 日 本 Toray、 三 菱 化 学 ， 台 湾 新 光 合 纤 、 长 春 人造 树 脂 、 南 亚 塑 料 等 公 司 先 后 投 入 生 产 行 列 ， 全 球 生 产 厂 商 共 计 三 十 余 家 5。中 国 的 PBT 起 步 于 20 世 纪 70 年 代 ， 上 海 涤 纶 厂 于 1973 年 开 始 研 制 PBT 工 程塑 料 。 随 后 北 京 市 化 工 研 究 院 、 晨 光 化 工 研 究 院 、 仪 征 化 纤 公 司 工 程 塑 料 厂 、 蓝 星集 团 南 通 化 PBT 新 材 料 基 地 、 台 湾 长 春 公 司 等 也 相 继 研 究 开 发 制 备 PBT。 国 内 对工 程 塑 料 进 行 改 性 的 生 产 商 主 要 有 广 州 金 发 ， 南 通 合 成 材 料 厂 ， 上 海 红 京 印 实 业 有限 公 司 ， 北 京 市 化 学 工 业 研 究 院 等 ； 主 要 产 品 为 玻 纤 增 强 ， 阻 燃 和 增 强 阻 燃 和 合 金等 品 种 。 用 量 最 大 的 为 玻 纤 增 强 阻 燃 品 种 ， 这 些 产 品 满 足 了 低 端 电 子 电 器 产 品 对PBT 阻 燃 、 电 绝 缘 性 、 耐 热 性 等 方 面 的 要 求 。 但 国 内 光 纤 级 PBT 几 乎 全 部 依 赖 进口 ， 同 时 随 着 电 子 电 器 向 小 型 化 、 扁 平 性 、 安 装 密 集 化 方 向 发 展 ， 对 工 程 塑 料 的 质量 方 面 提 出 了 更 高 要 求 。1.3 PBT 材料的发展现状由 于 PBT 具 有 良 好 的 综 合 性 能 ， 但 是 单 独 使 用 的 时 候 存 在 小 一 些 缺 陷 :例 如热 变 形 温 度 低 、 易 燃 烧 、 制 件 收 缩 翘 曲 、 机 械 性 能 不 突 出 等 ,尤 其 是 冲 击 强 度 不 高 。所 以 PBT 不 单 独 使 用 ， 需 要 对 其 进 行 改 性 。 目 前 其 主 要 从 两 个 方 向 进 行 改 性 :一是 通 过 物 理 改 性 方 法 ： 即 是 与 其 他 树 脂 共 混 加 入 其 他 助 剂 ， 利 用 无 机 填 料 进 行 填 充与 增 强 6； 二 是 通 过 化 学 改 性 方 法 ： 交 联 、 降 解 、 接 枝 、 共 聚 、 嵌 段 等 手 段 来 提 高和 改 进 PBT 的 综 合 性 能 。1.3.1 物 理 改 性 技 术在 PBT树 脂 中 加 人 20%至 40%的 玻 璃 纤 维 后 , 不 仅 保 持 了 PBT树 脂 的 耐 化 学 性 、加 工 性 等 原 有 优 点 , 而 且 机 械 性 能 大 幅 度 提 高 , 拉 伸 强 度 和 弯 曲 强 度 提 高 1-1.5倍 弹 性 模 量 提 高 2倍 , 并 克 服 了 PBT树 脂 的 缺 口 敏 感 性 , 耐 热 性 大 大 提 高 , 耐 蠕 变性 、 耐 疲 劳 性 能 优 良 , 成 型 收 缩 率 低 、 尺 寸 稳 定 性 好 ， 这 种 玻 璃 纤 维 增 强 改 性 技 术被 广 泛 的 应 用 7。 例 如 德 国 Hoechst 公 司 研 发 的 两 个 产 品 Celan4305 和Celance4306， 这 两 种 玻 璃 纤 维 PBT 工 程 塑 料 具 有 极 好 的 耐 热 性 、 极 好 的 韧 性 、 低变 形 性 及 其 优 越 的 电 气 性 能 ， 广 泛 的 用 于 电 子 电 器 行 业 。 美 国 GE 公 司 研 发 的Vaolx HS443 玻 纤 增 强 PBT 含 有 33%的 玻 纤 ， 广 发 的 应 用 于 设 备 结 构 材 料 ， 汽 车 零部 件 等 8。biyesheji3百手起驾 整理为您由 于 PBT 是 结 晶 性 芳 香 聚 酯 ， 所 以 其 极 容 易 燃 烧 ， 所 以 对 其 阻 燃 是 必 要 的 ， 只有 加 入 阻 燃 剂 对 其 改 性 ， 这 就 是 阻 燃 改 性 技 术 了 。 目 前 常 用 的 阻 燃 剂 有 溴 化 合 物 磷化 合 物 氯 化 物 三 氧 化 二 锑。目前公市场上常用的阻燃剂十溴联苯醚和 三 氧 化 二 锑并用与 PBT 树脂共混生产的。美国 Dupont 公司推出了 7 个卤化阻燃 PBT 系列产品：T841FR 、T845FR 、T850FR 、SK642FR、SK645FR、HT1681FR、XBM7919。T841FR 和T845FR 是耐冲击性阻燃 PBT，HT1684FR 良好的尺寸稳定性和耐电化弧性，最高可达至600V 以上。纤 维 增 强 虽 然 能 够 提 高 和 改 进 PBT 树 脂 的 综 合 性 能 ， 但 不 足 之 处 是 在 成 型 加工 过 程 中 由 于 玻 纤 的 取 向 产 生 各 向 异 性 现 象 , 而 引 起 制 品 翘 曲 变 形 。 为 了 解 决 这一 问 题 , 可 以 采 用 矿 物 填 充 、 矿 物 与 玻 纤 复 合 填 充 增 强 改 性 或 在 玻 纤 增 强 PBT 中加 人 其 他 聚 合 物 共 混 改 性 , 从 而 达 到 实 现 低 翘 曲 化 的 目 的 ， 这 一 技 术 被 称 为 低 翘 曲化 改 性 技 术 。 美 国 GE 公 司 研 发 的 无 机 矿 物 填 料 高 达 65%的 高 密 度 填 充 PBT,密 度 为2.6 克 /立 方 厘 米 。 模 塑 周 期 比 ABS 快 5 至 6 倍 ， 具 有 高 密 度 、 高 硬 度 、 低 翘 曲 性 、可 回 收 性 、 可 染 色 性 等 多 种 优 良 性 质 。PBT 的 溶 解 参 数 为 10.8， 仅 次 于 尼 龙 及 丙 烯 腈 ， 从 而 为 它 与 其 他 高 分 子 材 料 共混 创 造 了 良 好 的 条 件 9。 PBT 与 PET 共 混 后 ， 热 变 性 温 度 和 弹 性 模 量 均 会 提 高 ； 与PC 共 混 后 ， 产 品 冲 击 强 度 将 提 高 20 倍 以 上 ， 例 如 GE 公 司 1982 年 研 发 的 XENOY产 品 ； 与 乙 烯 系 列 聚 合 物 共 混 ， 其 冲 击 强 度 也 将 大 大 提 高 。1.3.2 化 学 改 性 技 术反 应 接 枝 技 术 指 的 是 在 由 一 种 或 几 种 单 体 组 成 的 聚 合 物 的 主 链 上 ， 通 过 一 定 的途 径 接 上 由 另 一 种 单 体 或 几 种 单 体 组 成 的 支 链 的 共 聚 反 应 。 它 是 高 聚 物 改 性 技 术 中最 易 实 现 的 一 种 化 学 方 法 。 马 来 酸 酐 接 枝 改 性 聚 合 物 一 般 采 用 双 螺 杆 挤 出 机 熔 融 接枝 法 制 备 ， 其 系 类 品 种 包 括 聚 乙 烯 （ PE-g-MAH） 、 聚 丙 烯 （ PP-g-MAH） 、ABS（ ABS-g-MAH） 、 POE（ POE-g-MAH） 、 EPDM（ EPDM-g-MAH） 等 ， 其 操 作 工 艺 简单 、 生 产 成 本 低 、 产 品 质 量 稳 定 等 特 点 10。 其 中 产 品 MAH 接 枝 率 在 0.52.5%范围 内 可 调 ， 其 他 力 学 性 能 指 标 优 良 。 PE-G-MAH 是 PBT 改 性 常 用 的 相 容 剂 。通 过 化 学 交 联 来 进 行 对 PBT 改 性 。 通 常 选 用 辐 射 交 联 法 ， 也 将 提 高 PBT 的 力学 性 能 。 胡 福 敏 ， 彭 沛 礼 等 人 研 究 了 PBT 在 室 温 及 熔 融 温 度 下 的 辐 射 交 联 ， 用DSC 和 MS 等 研 究 了 辐 射 PBT 的 结 果 与 性 能 ， 结 果 表 明 PBT 是 一 种 耐 辐 射 的 高 分 子biyesheji4百手起驾 整理为您材 料 ， 通 过 辐 射 交 联 可 以 提 高 PBT 的 力 学 性 能 。1.4 PBT 材料的改性及发展趋势PBT 的 研 究 重 点 是 降 低 成 本 并 进 一 步 提 高 产 品 各 项 性 能 , ,提 高 冲 击 韧 性 、 柔软 性 、 耐 磨 耗 性 、 润 滑 性 、 尺 寸 稳 定 性 、 耐 漏 电 径 迹 性 、 介 电 强 度 和 热 变 形 温 度 等方 面 着 手 进 行 研 究 开 发 , 以 及 应 用 研 究 开 发 , 进 一 步 拓 宽 改 性 PBT 的 应 用 领 域 11。目 前 聚 酯 技 术 正 向 降 低 生 产 成 本 、 提 高 产 品 附 加 值 、 开 发 新 型 聚 酯 、 拓 展 全 新 应 用领 域 、 注 重 环 保 等 方 向 发 展 12。 新 的 聚 合 工 艺 ， 如 三 釜 工 艺 ， 新 型 绿 色 催 化 剂 ，新 型 共 聚 酯 的 开 发 必 将 为 聚 酯 工 业 打 开 更 广 阔 的 应 用 空 间 。 为 了 适 应 国 内 产 能 的 增加 和 国 内 汽 车 、 电 子 、 电 气 丁 业 的 需 求 ， 需 加 快 国 内 PBT 应 用 研 究 开 发 ， 同 时 要紧 跟 国 际 发 展 ， 促 使 PBT 产 品 向 高 性 能 化 、 多 功 能 化 、 系 列 化 方 向 发 展 。 从 保 护PBT 制 品 可 靠 性 出 发 ， 在 保 持 PBT 的 耐 热 、 电 绝 缘 等 特 性 的 基 础 上 ， 减 少 气 体 挥 发 、低 分 子 物 析 出 和 改 善 开 裂 性 、 平 衡 阻 燃 性 ， 提 高 阻 燃 效 率 ， 改 善 表 面 光 泽 度 已 成 为PBT 改 性 的 主 题 。 就 现