（化学工程专业论文）pcabs合金改性的研究.pdf

j c | | i i irlr lr lrl f l l rllllll 北京化工大学位论文原创性声明l y 1810 3 71 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下， 独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本 论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文 的研究做出重要贡献的个人和集体，均己在文中以明确方式标明。本 人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 作者签名：生肆 日期：丝立l 厶玉一 关于论文使用授权的说明 学位论文作者完全了解北京化工大学有关保留和使用学位论文 的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北 京化工大学。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印 件和磁盘，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全 部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存、汇编 学位论文。 保密论文注释：本学位论文属于保密范围，在土年解密后适用 本授权书。非保密论文注释：本学位论文不属于保密范围，适用本授 权书。 作者签名：釜笪丝日期：坐2 ：鱼： 导师签名：一牡一白期：掣堇二 学位论文数据集 中图分类号 t q 3 2学科分类号 5 3 0 论文编号 1 0 0 1 0 2 0 0 7 0 0 0 3 密级一般 学位授予单位代码 1 0 0 1 0学位授予单位名称 北京化工大学 作者姓名查留锋学号 2 0 0 4 0 0 0 0 0 3 获学位专业名称化学工程获学位专业代码 0 8 1 7 0 2 课题来源 其他项目 研究方向 工程塑料改性 论文题目p c a b s 合金改性的研究 关键词p c a b s 合金，反应型相容剂，增韧，纳米碳酸钙，力学性能 论文答辩日期 2 0 0 7 5 3 0论文类型 开发研究 学位论文评阅及答辩委员会情况 姓名职称工作单位学科专长 指导教师毋伟副教授 北京化工大学纳米材料的制备 评阅人1文利雄 教授北京化工大学纳米颗粒载药和控释 评阅人2 张鹏远副教授北京化工大学超重力技术应用 椭员会蛳刘晓林教授北京化工大学纳米陶瓷颗粒的制备 答辩委员1文利雄教授北京化工大学纳米颗粒载药和控释 答辩委员2张鹏远副教授 北京化工大学超重力技术应用 答辩委员3 宋云华 副教授北京化工大学、 纳米镁铝酸盐的制备 注：一论文类型：1 基础研究2 应用研究3 。开发研究4 其它 二中图分类号在中国图书资料分类法查询 三学科分类号在中华人民共和国国家标准( 6 b t1 3 7 4 5 - 9 ) 学科分类与代码中 查询 四论文编号由单位代码和年份及学号的后四位组成 。 ，k i 北京化工大学硕士研究生学位论文 p c a b s 合金改性的研究 摘要 p c a b s 合金是一种性能优良的复合材料，被广泛应用于电子电器外 壳件。由于手机类电器外壳趋向于超薄、超轻，其所用p c a b s 合金材料 要求具有良好的力学性能和较高的性价比。然而p c 、a b s 有限的相容性， 影响了p c a b s 共混材料的力学性能，改善p c a b s 复合体系中微团间相 容性有利于提高复合材料的整体力学性能。 a b s g m a h 与p c 、a b s 经双螺杆挤出机反应共混，制备了p c a b s 复合材料。力学性能测试显示复合材料的缺口冲击强度由3 2 1 8k j m 2 增 强到4 1 9 2 k j m 2 ；拉伸强度达到5 3 0 5 m p a ，增幅为3 6 1 。力学性能提 高表明马来酸酐接枝a b s 提高了p c a b s 共混体系的相容性。适量相容 剂的作用不仅使复合材料的韧性得到提高，同时增强了材料的拉伸性能。 e v a 与p c 、a b s 共混制备了p c a b s 弹性体复合材料。对复合材 料力学性能研究表明，添加5 份弹性体e v a 显著增加了p c a b s 合金的 抗冲击性能，合金的缺i ：3 冲击强度提高到4 8 4 k j m 2 ，增幅达5 0 4 。经 共混e v a 在p c a b s 合金中形成了粒径为o 2 加4 , u m 的弹性核，且弹性 核在树脂基体中分散均匀，大小均一。分散在树脂中的e v a 主要以银纹 化增韧基体树脂，即通过自身构象改变来吸收和分散冲击能量，将受到的 点应力分散为整个弹性球表面的面应力，引起合金中微观区域大面积微开 裂，从而提高了p c a b s 合金的抗冲击性能。 查留锋p c a b s 合金改性的研究 e v a - g m a h 对p c a b s 兼具增容增韧作用。对共混制得的复合材料 研究表明，弹性体的添加显著增加了p c a b s 合金的抗冲击效果，添加3 份e v a - g m a h 增韧的合金的缺口冲击强度增加到最大值5 0 3 k j i m 2 ，增 幅达5 6 3 1 。复合材料的低温横断面s e m 分析显示，弹性体形成的弹性 核粒径小于0 4 ，u m ，且在树脂基体中的分散均匀，大小均一，微团间相容 程度得到提高。分散在树脂中的弹性体基质e v a 通过自身构象改变来吸 收和分散冲击能量，协同m a h 官能团的反应增容作用，达到增韧p c a b s 合金的效果。e v a g m a h 的添加增大了p c a b s 合金的加工扭矩。 纳米碳酸钙直接填充p c a b s 合金没有增韧效果。经甲基丙烯酸甲酯 和丙烯酸丁酯双单体聚合包覆的纳米碳酸钙形成了核壳结构增韧复合微 粒。在双螺杆挤出机中采用二次挤出法制备出p c a b s 纳米碳酸钙复合材 料。研究纳米碳酸钙复合微粒对p c a b s 合金力学性能的影响表明：添加 7 份双单体聚合改性的纳米碳酸钙微粒将p c a b s 合金的缺口冲击强度由 3 2 1 8k j i m 2 提高到4 1 3 恤2 ；2 份改性纳米碳酸钙对材料的拉伸强度有 一定程度的提高。利用纳米颗粒的小尺寸效应和刚性，其在合金体微观区 域内将受到的点应力分散为颗粒表面应力，引起周围树脂大面积微开裂， 通过剪切流动起到增韧p c a b s 合金的作用。纳米c a c 0 3 复合微粒具有 无机纳米颗粒和弹性体双重协同增韧的作用，其表面的聚合物分子链与基 体树脂起到嵌段增容作用同时提高了颗粒的分散效果。这种新型增韧剂用 量少，成本较低，为p 咖s 合金性能的提高提供了一个较好的选择。 关键词：p 咖s 合金，反应型相容剂，增韧，纳米碳酸钙，力学性能 l 啼、 人 r - s t u d yo nm o d i f i c a t i o no fp c a b sa l l o y s a b s t r a c t p c ( p o l y c a r b o n a t e ) a b s ( a c r y l o n i t r i l e b u t a d i e n e s t y r e n e ) a l l o y i sa n i m p o r t a n te n g i n e e r i n gt h e r m o p l a s t i c s ，d i s t i n g u i s h e d b y i t sv e r s a t i l e c o m b i n a t i o no fg o o dm e c h a n i c a lp r o p e r t i e s p c a b s i so n eo ft h eh o s t p o l y m e r sc o m m o n l yu s e di nt h ec o v e ro ft h ep o r t a b l ec o n s u m e re l e c t r o n i c d e v i c e s b e c a u s ep c a b s i sa m u l t i p h a s e b l e n d r e q u i r i n g s o m e c o m p a t i b i l i z a t i o nt oo b t a i nu s e f u lp r o p e r t i e s ，h o w e v e r ，t h er e l a t i v e l yl i m i t e d i n t e r a c t i o nb e t w e e np ca n da b sa p p a r e n t l ym a k e si ti m p o s s i b l ei nt h i sc a s e t op r o d u c ec o m m e r c i a l l yu s e f u lm a t e r i a l sw i t h o u ta n yc o m p a t i b i l i z e r t h u s ，a m o d i f i e ds c h e m et h a td e a l sw i t ht h eb l e n dm o r p h o l o g yd e v e l o p m e n to f c o m p a t i b i l i z e d p c a b sb l e n d sa n dt h em e c h a n i c a lp r o p e r t i e so ft h e s e m a t e r i a l s i tw o u l db eu s e f u la n dp e r h a p sw o u l de x p a n dt h ec o m m e r c i a l o p p o r t u n i t i e sf o rp c a b sa l l o y s a b s g m a hw a sm e l t i n g b l e n d e dw i t h p o l y c a r b o n a t e ( p c ) a n d a c r y l o n i t r i l e b u t a d i e n e s t y r e n ec o m p o l y m e r ( a b s ) u s i n g ad o u b l e s c r e w e x t r u d e rt oo b t a i np c a b sc o m p o s i t em a t e r i a l s t h ei n v e s t i g a t i o n so ft h e m e c h a n i c a lp r o p e r t i e ss h o w e dt h a tt h en o t c h e di m p a c ts t r e n g t hw a si m p r o v e d f r o m3 2 1 8k j m 2t o4 1 9 2 k j m 2a n dt h et e n s i l es t r e n g t hr e a c h e d5 3 0 5 m p a ， w h i c hr a i s e db y3 6 1 a b s g m a hc a ni m p r o v et h ec o m p a t i b i l i t ya n d i i i t o u g h e n e s so fp c a b sa l l o y p c a b s e v ac o m p o s i t em a t e r i a lw a sp r e p a r e db ye v a b l e n d i n gw i t h p ca n da b s t h ei n v e s t i g a t i o n so ft h em e c h a n i c a lp r o p e r t i e ss h o w e dt h e 一，一 一 、 一 j e 塞垡三盔堂亟主婴壅生堂焦迨塞 一 - - _ _ _ _ - _ _ _ _ - _ _ _ _ - - - _ _ _ ，_ _ - _ _ - _ _ _ _ - _ _ _ _ _ - - _ _ 一一 t h e r ei sn ot o u g h e n i n ge f f e c tb yn a n o c a l c i u mc a r b o n a t e ( c a c 0 3 ) f i l l i n g i np c a b s n a n o c a l c i u mc a r b o n a t e p o l y m e rc o m p o s i t ep a r t i c l e s w e r e p r e p a r e db ys o a p l e s se m u l s i o np o l y m e r i z a t i o n o fm e t h y l m e t h a c r y l a t e ( p m m a ) a n db u t y la c r y l a t e ( b a ) o nt h es u r f a c e o fn a n o - c a c 0 3i nn a n o - c a c 0 3 a q u e o u ss u s p e n s i o n t h ee f f e c t so fc o m p o s i t ep a r t i c l e so nt h e m e c h a n i c a l p r o p e r t i e s o fp c a b sb l e n d st h r o u g ht w i c ee x t r u d i n gi nd o u b l ee x t r u d e r s w e r es t u d i e d t h er e s u l t ss h o w e dt h a tt h es i n g l e n o t c h e di m p a c ts t r e n g t ho f p c a b sb l e n d sw a si m p r o v e df r o m3 2 1 8 k j m 2t o4 1 3 k j m 2w h e n7 a m o u n to fc o m p o s i t ep a r t i c l ew a sa d d e d ，a n dt h et e n s i l es t r e n g t h w a s i m p r o v e db yf i l l i n g2s h a r e so fm o d i f i e dn a n o c a c 0 3p a r t i c l e s n a n o c a c 0 3 c o m p o s i t ep a r t i c l e s h a v ed o u b l e t o u g h e n i n g e f f e c t so f i n o r g a n i c n a n o p a r t i c l e sa n de l a s t o m e r s s h e a ry i e l d i n go f m o d i f i e dn a n o - c a c 0 3c o u l d b et h em a i n l yt o u g h e n i n gc o n t r i b u t i o n t h et o u g h e n i n gm e c h a n i s mw a st h a t t h en a n o c a c 0 3p a r t i c l ed e l o c a l i z e st h ep a r tp o i n tt e n s i o no v e rt h ew h o l e s u r f a c e t h ed i s p e r s i o nd e g r e eo fc a c 0 3p a r t i c l e si nt h eb l e n d sw a si m p r o v e d w h e nf i l l i n gt h ec o m p o s i t ep a r t i c l e s t h ea d d i n ga m o u n to ft h en a n o - c a c 0 3 c o m p o s i t ep a r t i c l e si sl o w , a n d t h ec o s ti sa c c e p t a b l e ，o f f e r i n gag o o dc h o i c e o ft h em o d i f i c a t i o no fp c a b sa l l o y k e yw o r d s ：p c a b sa l l o y , r e a c t i v ec o m p a t i b i l i z e r , t o u g h e n i n g ， n a n o c a c 0 3 ，m e c h a n i c a lp r o p e r t y v 查留锋p c a b s 合金改性的研究 目录 j 葡要i 目录v i 符号说明x i i 第一章文献综述1 1 1 前言1 1 2p c a b s 合金的发展及研究现状1 1 2 1p c i a b s 合金的国外研究现状。1 1 2 2p ( 牲旧s 合金的国内研究现状。2 1 3p c a b s 合金相容性研究的进展。2 1 3 1p c 、a b s 共混的研究3 1 3 2p c a b s 合金的增容改性4 1 4p ( w 出s 合金增韧改性的研究6 1 4 1a b s 对p c 组分的增韧改性7 1 4 2 有机弹性体对p c 份b s 的增韧研究7 1 4 3 纳米无机颗粒填充增韧p c a b s 的研究8 1 5 本文研究的研究内容、目的和意义。1 1 第二章p 咖s 合金制备及其力学性能研究的基本方法。：。1 2 2 1 弓i 言1 2 2 2p ( = a b s 合金的制备。1 2 2 2 1p c a b s 合金体系的确定1 2 2 2 2p c = a b s 合金制备工艺1 3 2 2 3p c a b s 合金制备和检测常用原料及设备1 3 2 3p c y a b s 合金力学性能的测试方法j 1 5 2 3 1 合金拉伸性能的测试。j 1 5 2 3 2 合金弯曲性能的测试1 5 2 3 3 合金缺口冲击强度的测试。1 6 2 4 共混相容性表征的一般方法1 6 2 4 1 共混分散形态的直接观察。1 6 2 4 2 共混体系加工性能的研究1 7 2 4 3 测定共混体系组分的玻璃化转变温度变化。1 7 v i 北京化工大学硕士研究生学位论文 第三章a b s g m a h 增容p c a b s 合金的研究1 8 3 1 弓i 言1 8 3 2 实验部分1 8 3 2 1 相容性的测定与表征1 8 3 3 实验结果与讨论1 9 3 3 1 相容剂对p c a b s 合金力学性能的影响1 9 3 3 2p c a b s 复合材料力学性能的变化2 1 3 3 3a b s g m a h 增容的p c a b s 合金微观结构2 2 3 3 4 a b s g - m a h 对p c a b s 合金t g 的影响2 2 3 4 本章小结2 3 第四章e v a 对p 咖s 合金性能的影响2 4 4 1 弓l 言：弭 4 2 合金微观形貌的观察2 4 4 3 实验结果与讨论2 4 4 3 1e v a 对p c i a b s 合金力学性能的影响2 4 4 3 2e v a 增韧的p c a b s 合金材料的微观结构2 6 4 4 e v a 中v a 含量不同对p c a b s 合金力学性能影响的比较2 7 4 5 本章小结2 8 第五章e v a - g m a h 增韧增容p c a b s 合金的研究2 9 5 1 一弓i 言2 9 5 2p c a b s 复合材料的检测2 9 5 3 实验结果与讨论2 9 5 3 1e v a - g - m a h 对p c a b s 合金力学性能的影响2 9 5 3 2e v a - g - m a h 对p c a b s 合金t g 的影响3 l 5 3 3e v a - g m a h 对p c a b s 合金加工扭矩的影响。3 2 5 3 4e v a g - m a h 对p c a b s 合金微观结构的影响3 3 5 4 本章小结3 4 第六章纳米碳酸钙填充增韧p a a b s 合金的研究3 5 6 1 弓i 言3 5 6 2 实验部分3 5 6 2 1 复合微粒的制备3 5 6 2 2 复合材料的制备3 6 6 3 实验结果与讨论3 6 6 3 1 纳米c a c 0 3 复合微粒的形成机理分析3 6 6 3 2 纳米c a c 0 3 复合微粒对p c a b s 合金缺口冲击强度的影响3 7 v u 查留锋p c a b s 合金改性的研究 6 3 3 纳米c a c 0 3 对p c a b s 合金拉伸强度的影响3 7 6 3 4 改性纳米碳酸钙对p c a b s 合金微观结构的影响3 9 6 3 5p c y a b s 合金的加工性能4 1 6 4 本章小结。4 2 第七章有机弹性体和改性纳米无机颗粒增容增韧p c a b s 合金的比较4 3 4 3 4 3 4 3 i 4 4 4 1 ； 4 5 4 6 4 6 4 7 4 9 4 9 4 9 ! ；( ) ! ；i ) 5 i ) 5 2 5 4 5 7 ! ； ； 5 9 北京化工大学硕士研究生学位论文 i n d e x a b s t r a c t i i i i n d e x i x a b b r e v i a t i o n x i i c h a p t e r1 p r e f a c e 1 1 1i n t r o d u c t i o n 1 1 2d e v e l o p m e n ta n dr e s e a r c hp r o g r e s so fp c a b sa l l o y s 1 1 2 1r & d p r o g r e s so fp c a b sa l l o y si nf o r e i g nc o u n t r i e s 1 1 2 2r & d p r o g r e s so fp c a b sa l l o y sa th o m e 2 1 3r e s e a r c hp r o g r e s si nc o m p a t i b i l i t yo fp c a b sa l l o y s 2 1 3 1s t u d yo nb l e n do fp ca n da b s 3 1 3 2m o d i f i e di nc o m p a t i b i l i t yo fp c a b sa l l o y s 4 1 4m o d i f i e di nt o u g h e n i n go fp c a b sa l l o y s 6 1 4 1t o u g h e n i n go f a b sf o rp cr e s i n 7 1 4 2s t u d yo nt o u g h e n i n go fe l a s t o m e rf o rp c a b s 7 1 4 3s t u d yo nt o u g h e n i n go fn a n oi n o r g a n i cp a r t i c l e sf o rp c a b s 8 1 5r e s e a r c ha i ma n dc o n t e n to ft h i sp a p e r 1 1 c h a p t e r2p r e p a r a t i o na n ds t u d yo fm e c h a n i c a lp r o p e r t i e so fp c a b sa l l o y 1 2 2 1i n t r o d u c t i o n 1 2 2 2 p r e p a r a t i o no fp c a b sa l l o y 1 2 2 2 1c o m p o s i t eo fp c a b sr a t i o 1 2 2 2 2p r o c e s so fp r e p a r a t i o nf o rp c a b sa l l o y 1 3 2 2 3m a t e r i a l sa n de q u i p m e n t so fp r e p a r a t i o na n dq c f o rp c a b sb l e n d 1 3 2 3m e t h o d st oc h e c km e c h a n i c a lp r o p e r t i e so fp c a b sa l l o y 1 5 2 3 1m e t h o dt oc h e c kt e n s i l es t r e n g t ho fp c a b s 1 5 2 3 2m e t h o dt oc h e c kf l e x u r a ls t r e n g t ho fp c a b s 1 5 2 3 3m e t h o dt oc h e c kn o t c h e di m p a c ts t r e n g t ho fp c a b s 1 6 2 4m e t h o dt os h o wt h ei n t e f f a c eo fp i ( ：a 】i l sb l e n d s 1 6 2 4 1s h o wt h em i c r o s t r u c t u r eo fp c a b sb l e n d s 1 6 2 4 2p r o c e s s i n gp r o p e r t i e so fp c a b sb l e n d 1 7 2 4 3s t u d yo nt go fp c a b sa l l o y 1 7 i x 查留锋p c a b s 合金改性的研究 c h a p t e r 3s t u d yo nc o m p a t i b i l i t yo fa b s - g - m a hf o rp c a b sb l e n d 1 8 3 1i n t r o d u c t i o n 1 8 3 2e x p e r i m e n t a l 1 8 3 2 1m e t h o d st oc h e c ka n ds h o wt h ec o m p o t i b i l i t yo fp c a b s 1 8 3 3r e s u l t sa n dd i s c u s s i o n 1 9 一 j e 室丝三丕堂塑主婴窒生堂焦迨塞 - _ _ _ - - _ _ _ i _ l - _ - i - i _ - _ _ - i l _ _ - _ - _ _ - l - _ - - _ - - - _ - _ _ - _ - _ 一 。 6 3 1f o r m a t i o np r o c e s so fn a n o c a c 0 3c o m p o s i t ep a r t i c l e s 3 6 6 3 2e f f e c to fm o d i f i e dn a n o c a c 0 3o nn o t c h e di m p a c ts t r e n g t ho fp c j a b sa l l o y 3 7 6 3 3e f f e c to fn a n o c a c 0 3o nt e n s i l es t r e n g t ho fp c a b sa l l o y 3 7 6 3 4e f f e c to fm o d i f i e dn a n o c a c 0 3o nm i c r o s t r u c t u r eo fp c a b sa l l o y 3 9 6 3 5e f f e c to np r o c e s st o r q u eo fp c a b sa l l o y 4 1 6 4c o n c l u s i o n s 一4 2 c h a p t e r7c o m p a r a t i o no i l m o d i f i e de f f e c t so fi n o r g a n i cn a n op a r t i c l e sa n d r u b b e r so fp c a b s a l l o y s 4 3 7 1i n t r o d u c t i o n ：4 ：； 7 2r e s u l t sa n dd i s c u s s i o n 4 3 7 2 1e f f e c to ft o u g h e n e ro nm e c h a n i c a lp r o p e r t i e so fp c a b sa l l o y 一4 3 7 2 2e f f e c to ft o u g h e n e ro nm i s c r o s t r u c t u r eo fp c a b sa l l o y 4 4 7 3e f f e c to ft o u g h e n e ro nc o m p a t i b i l i z i n ga n dt o u g h e n i n go fp c a b sa l l o y ”4 5 7 3 1e f f e c to ft o u g h e n e ro nt o u g h e n i n go fp c a b sa l l o y ”4 5 7 3 2e f f e c to ft o u g h e n e ro nc o m p a t i b i l i z i n go fp c a b sa l l o y 4 6 7 4e f f e c to ft o u g h e n e ro np r o c e s st o r q u eo fp c a b sa l l o y ”4 6 7 5c o n c l u s i o n s 。4 7 c h a p t e r8s t u d y o na n n e a lo fp c a b sa l l o y 4 9 8 1i n t r o d u c t i o n 4 9 8 2e f f e c to fc o m p r i s eo fp c & a b so nm e c h a n i c a lp r o p e r t yo fp c a b sb l e n d 4 9 8 3i n f l u e n c eo fb o d ys t r e s so np r o p e r t yo fp c a b sc o m p o s i t em a t e r i a l 5 0 8 3 1f o r m a t i o np r o c e s so fb o d ys t r e s so fp c a b sc o m p o s i t em a t e r i a l 一5 0 8 3 2e f f e c to fb o d ys t r e s so nm e c h a n i c a lp r o p e r t yo fp c a b sc o m p o s i t em a t e r i a l 5 0 c h a p t e r9c o n c l u s i o n s 5 z r e f e r e n c e s 5 4 a c k n o w l e d g e m e n t s 5 7 p u b l i c a t i o n s 5 8 r e s u m eo f a u t h o ra n dg r a d u a t et e a c h e r 5 9 x l 查留锋p c a b s 合金改性的研究 a b s a b s g - m a i l e v a ( e n a c ) 符号说明 丙烯腈丁二烯苯乙烯共聚物 a b s 接枝马来酸酐 乙烯醋酸乙酯共聚物 酸酐) 关的参数 北京化工大学硕士研究生学位论文 1 1 前言 第一章文献综述 p s 合金是一种性能优异的工程塑料，在电气行业具有广泛的应用。随 着电子科技的迅猛发展，电子电器外壳用高性能p c a b s 合金的研究受到越来越 广泛的重视。聚碳酸酯( p c ) 与丙烯腈丁二烯苯乙烯共聚物( a b s ) 共混所得 到的p c a b s 合金在性能上综合了p c 和a b s 二者的优良性能1 1 叫，一方面具有 p c 树脂较好的耐热性、尺寸稳定性和良好的力学性能【3 1 ，另一方面表现出a b s 优良的加工流动性和低温抗冲击性能 4 1 。a b s 树脂的添加降低了p c a b s 合金的 成本，显著提高了p c a b s 合金的性能价格比。 1 2p 咖s 合金的发展及研究现状 1 2 1p c