pc及合金材料

PCPC 及合金材料及合金材料 引言引言 聚碳酸酯 polycarbonate 缩写为 PC 是一种无色透明的无定性热塑性材 料 一种综合性能优良的非晶型热塑性树脂 具有突出的抗冲击性能 耐蠕变 性能 优异的光学性能 良好的耐热性 尺寸稳定性和阻燃性 电性能等 聚 碳酸酯 PC 是五大通用工程塑料中唯一具有良好透明性的热塑性的工程材料 广泛应用于汽车部件 电子电气 数据载体 建筑材料 机械零件 纺织 办 公自动化设备 包装工业 运动器械 医疗保健 航天航空 电脑外壳 光盘 和家庭用品等领域 是一种作为被世界范围内广泛使用的材料 PC 合金是利用物理共混或化学接枝的方法而获得的高性能 功能化 专 用化的一类新材料 目前主要有 pc abs 丙烯腈 丁二烯 苯乙烯共聚物 合金 pc pbt 聚对苯二甲酸丁二醇酯 合金 pc pet 聚对苯二甲酸乙二醇酯 合金 pc ps 聚苯乙烯 合金 pc pmma 聚甲基丙烯酸甲酯 合金等一系列 PC 合金 材料 PC 合金产品被广泛应用于汽车 电子 精密仪器 办公设备 包装材 料 建筑材料等领域 pc 材料生产技术已经相对比较成熟 先已实现大规模工 业生产 PCPC 材料成分 性质及分类材料成分 性质及分类 成分成分 聚碳酸酯 PC 是一种强韧的热塑性树脂 分子式 C31H32O7 由双酚 A 和氧氯化碳 COCl2 合成 是一种线型碳酸聚酯 分子中碳酸基团与另一 些基团交替排列 这些基团可以是芳香族 可以是脂肪族 也可两者皆有 双 酚 A 型 PC 是最重要的工业产品 化学性质化学性质 聚碳酸酯 PC 是碳酸的聚酯类 碳酸本身并不稳定 但其衍生物 如光 气 尿素 碳酸盐 碳酸酯 都有一定稳定性 按醇结构的不同 可将聚碳酸酯分成脂族和芳族两类 脂族聚碳酸酯 如聚亚乙基碳酸酯 聚三亚甲基碳酸酯及其共聚物 熔点 和玻璃化温度低 强度差 不能用作结构材料 但利用其生物相容性和生物可 降解的特性 可在药物缓释放载体 手术缝合线 骨骼支撑材料等方面获得应 用 聚碳酸酯耐弱酸 耐弱碱 耐中性油 聚碳酸酯不耐紫外光 不耐强碱 PC 是一种线型碳酸聚酯 分子中碳酸基团与另一些基团交替排列 这些 基团可以是芳香族 可以是脂肪族 也可两者皆有 双酚 A 型 PC 是最重要的 工业产品 PC 是几乎无色的玻璃态的无定形聚合物 有很好的光学性 PC 耐水解性 差 不能用于重复经受高压蒸汽的制品 物理性质物理性质 密度 1 18 1 22 g cm 3 线膨胀率 3 8 10 5 cm C 热变形温度 135 C 低温 45 C 聚碳酸酯无色透明 耐热 抗冲击 阻燃 BI 级 在普通使用温度内都有良 好的机械性能 同性能接近聚甲基丙烯酸甲酯相比 聚碳酸酯的耐冲击性能好 折射率高 加工性能好 不需要添加剂就具有 UL94 V 0 级阻燃性能 但是聚 甲基丙烯酸甲酯相对聚碳酸酯价格较低 并可通过本体聚合的方法生产大型的 器件 聚碳酸酯的耐磨性差 一些用于易磨损用途的聚碳酸酯器件需要对表面进 行特殊处理 分类分类 防静电 PC 导电 PC 阻燃 PC 加纤防火 PC 抗紫外线耐候 PC 食品 级 PC 抗化学性 PC PC 材料主要性能及优缺点材料主要性能及优缺点 主要性能主要性能 1 机械性能 强度高 耐疲劳性 尺寸稳定 蠕变也小 高温条件下也极少有 变化 2 耐热老化性 增强后的 UL 温度指数达 120 140 户外长期老化性也很好 3 耐溶剂性 无应力开裂 4 对水稳定性 高温下遇水易分解 高温高湿环境下使用需谨慎 5 电气性能 绝缘性能 优良 潮湿 高温也能保持电性能稳定 是制造电子 电气零件的理想材料 6 成型性能 1 无定形料 热稳定性好 成型温度范围宽 流动性差 吸湿小 但对水敏感 须经干燥处理 成型收缩率小 易发生熔融开裂和应力集中 故应严格控制成 型条件 塑件须经退火处理 2 熔融温度高 粘度高 大于 200g 的塑件 宜用加热式的延伸喷嘴 3 冷却速度快 模具浇注系统以粗 短为原则 宜设冷料井 浇口宜取大 模具宜加热 4 料温过低会造成缺料 塑件无光泽 料温过高易溢边 塑件起泡 模温低 时收缩率 伸长率 抗冲击强度高 抗弯 抗压 抗张强度低 模温超过 120 度时塑件冷却慢 易变形粘模 主要优点主要优点 1 具高强度及弹性系数 高冲击强度 使用温度范围广 2 高度透明性及自由染色性 3 成形收缩率低 尺寸稳定性良好 4 耐疲劳性 耐候性佳 6 电气特性优 有较好的光学性和韧性 7 无味无臭对人体无害符合卫生安全 主要缺点主要缺点 1 和金属相比硬度不足 这导致它的外观较容易刮花 但其强度和韧性很好 无论是重压还是一般的摔打 只要你不是试图用石头砸它 它就足够长寿 2 不耐强酸 不耐强碱 不耐紫外线 耐弱酸 耐中性油 3 耐水解稳定性不够高 对缺口敏感 耐有机化学品性 耐刮痕性较差 长期 暴露于紫外线中会发黄 和其他树脂一样 PC 容易受某些有机溶剂的浸浊 PC 材料的制备材料的制备 由于碳酸不能稳定存在 所以不能通过二羟基和碳酸直接缩聚 PC 技术 的发展历史聚碳酸酯的合成方法主要有以下四种工艺 溶液光气法 界面缩聚 光气法 酯交换熔融缩聚法 简称酯交换法 和非光气酯交换熔融缩聚法 简 称非光气法 溶液光气法是一种较早期的生产工艺 由于工艺经济性较差且存 在污染问题 因此很早就被淘汰了 目前工业上应用较为广泛的 PC 合成工艺 为界面缩聚光气法 1 溶液光气法 溶液光气法的工艺合成路线为 光气 双酚 A BPA PC 以光气和双酚 A 为原料 在碱性水溶液和二氯甲烷 或二氯乙烷 溶剂中进行界面缩聚 得到 的 PC 胶液经洗涤 沉淀 干燥 挤出造粒等工序制得 PC 产品 2 界面缩聚光气法 界面缩聚光气法与溶液光气法主要区别在于 双酚 A 首先与氢氧化钠溶液反应生成双酚 A 钠盐 后加入二氯甲烷 通入光气 使物料在界面上 聚合 生成低分子量 PC 然后经缩聚分离得到分子量较高的 PC 产品 3 酯交换熔融缩聚法 简称酯交换法 酯交换法的工艺路线主要分为两步 一 光气 苯酚 碳酸二苯酯 DPC 二 DPC 双酚 A BPA PC 是一种间接光气法工艺 苯酚经光气法反应生成碳酸二苯酯 DPC 然后在高温真空和微量卤化锂等 催化剂和添加剂下与双酚 A 进行酯交换反应 得到低聚物 再进一步缩聚制得 pc 产品 4 非光气酯交换熔融缩聚法 简称非光气法 非光气酯交换熔融缩聚法因工艺过程中彻底不使用光气 其生产工艺也分为两 步 酯交换法合成 DPC 苯酚 DMC DPC DPC BPA PC 首先 以 碳酸丙烯酯与甲醇酯交换生产碳酸二甲酯 DMC 其次 苯酚和 DMC 反应首 先生成甲基苯基碳酸酯 MPC 然后 MPC 和苯酚进一步反应生成 DPC 同时 MPC 发生歧化反应也生成 DPC 得到非光法 DPC 后 在熔融状态下与双酚 A 进行酯交换 缩聚制得 PC 产品 PC 材料的改性材料的改性 尽管 PC 具有许多优异性能 然而由于 PC 分子链的高钢性和大的空间位 阻使其具有较高的熔体粘度 因此加工比较困难 容易开裂 耐溶剂性和耐磨 性能都比较差 因此对 pc 改性应用研究是一项重要的课题 目前聚合物合金化 成为 PC 改性的重要途径 PC 合金是利用物理共混或化学接枝的方法而获得的 高性能 功能化 专用化的一类新材料 改性 PC 的目的是为了增韧 改良成 型加工性能 减少残余变形 增加阻燃性等 具体能改性 PC 的品种有 PC ABS 可提高弯曲模量 耐热性 电镀性能等 PC PET PBT 工可改善耐药品性 耐溶剂料性等 PC PMMA 加入有机玻璃可提高外观珠光色彩 PC PA HIPS 可提高冲击韧性 表面光洁度 PC HDPE 可改善耐沸水性 耐老化性 耐气候性 而 LDPE 效果较差 PC 用玻纤或碳纤维进行增强改性 提高机械强度 并用溴类阻燃剂和三氧化二锑 可制成阻燃级 PC 其他和聚砜 芳香族聚碳酸酯 聚甲醛 聚丙烯 聚苯乙烯都可以进行共 混改性 达到经济性和性能之间的平衡 物理共混物理共混 物理共混是使几种材料均匀混合 以提高材料性能的物理方法 工业上用炼 胶机将不同橡胶或橡胶与塑料 均匀地混炼成胶料是典型的例子 也可以在聚合 物中加入某些特殊性能的成分以改变聚合物的性能如导电性能等 通过共混可 提高高分子材料的物理力学性能 加工性能 降低成本 扩大使用范围 共混 是实现聚合物改性和生产高性能新材料的重要途径之一 按生产方法可分为机 械共混物 化学共混物 胶乳共混物和溶液共混物 其中以机械共混物 即通 过辊筒 挤出机或强力混合器将不同聚合物溶体进行混合得到的共混物占主要 地位 共混物一般是多组分多相体系 其性能取决于所含各组分的性质 形态 和相界面性质 两种或多种橡胶并用 或橡胶与各种塑料并用 可大大扩展橡 胶制品的用途 并显著提高橡胶制品的质量性能 还可改进胶料的工艺性能 降低橡胶的耗量和降低产品造价 不同橡胶或橡胶与塑料共混时 它们间应具 有较好的相容性 或是利用最佳的配比 以有利于最大限度发挥共混的技术效 果 化学接枝化学接枝 通过化学键的方式使一种外来物质粘附于另一种基体物质之上的过程被称 之为 化学接枝 化学引发接枝是通过化学试剂与高聚物表面组分发生反应 产生活性中心 从而引发单体的聚合 例如 将含有偶氮基团的单体与高聚物 表面羟基反应并引入高聚物表面 这可以通过偶氮基团的热分解引发单体在高 聚物表面聚合 臭氧引发接枝是将材料置于臭氧之中 材料表面会形成过氧化 物 过氧化物分解产生自由基以引发单体在材料表面的接枝聚合 如利用臭氧 处理医用聚氨酯表面之后 使材料的抗凝血性有所提高 物理共混和化学接枝优缺点物理共混和化学接枝优缺点 物理共混容易产生相分离 两者融合不好 化学接枝则把两分子固定 相分离 程度小 复合物性能更好 物理共混的优点是混合的时候比较简单 比较快 但是带来的缺点就是不 太稳定 容易相分离 化学接枝的优点就是稳定 性能会比较好 但是缺点就是化学反应可能需 要的时间比较长 而且如果用到一些别的助剂类的 除去比较麻烦 如果引入 的助剂影响下一步的应用 处理不干净的话 可能会导致下一步应用的受限 1 1 PC ABS 合金 聚碳酸酯和丙烯腈合金 聚碳酸酯和丙烯腈 丁二烯丁二烯 苯乙烯共聚物和混合物 苯乙烯共聚物和混合物 PC ABS 合金是由聚碳酸酯 PC 和聚丙烯腈 ABS 合金而成的热可塑 性塑胶 结合了两种材料的优异特性 ABS 材料的成型性和 PC 的机械性 冲 击强度和耐温 抗紫外线 UV 等性质 因而广泛应用于汽车内饰 外饰 车 灯等高强度 高耐热零件 特点特点 PC ABS 具有 PC 和 ABS 两者的综合特性 PC 与 ABS 共混物可以综合 PC 和 ABS 的优良性能 一方面可以提高 ABS 的耐热性 抗冲击和拉伸强度 另一方面可以降低 PC 成本和熔体粘度 改善加工性能 减少制品内应力和冲 击强度对制品厚度的敏感性 PC ABS 较之 PC 提高了流动性 改善了加工性 能 减少了制品对应力的敏感性 抗冲击性提高 耐热性提高 硬度提高等等 且 ABS 的易加工特性和 PC 的优良机械特性和热稳定性都有所保留 PC 和 ABS 二者的比率将影响 PC ABS 材料的热稳定性 影响合金性能的因素影响合金性能的因素 1 原料和配比的影响 不同品牌的 PC 以及 ABS 所构成的共混物性质有很大的差别 PC SAN 的 溶解度参数差为 0184 J cm3 1 2 而 PC PB 的溶解度参数差为 7145 J cm3 1 2 所以使用丁二烯含量高的 ABS PC ABS 共混物的相分离严重 反之则得到分散 较均匀的共混物 研究发现 当 ABS 中橡胶含量较低时 PC ABS 共混物的弹性 模量和屈服应力都随着 ABS 含量的增加而增加 相反 当 ABS 中橡胶含量较高时 共 混物的弹性模量和屈服应力随 ABS 含量的增加而减小 2 成型条件的影响 加工温度 螺杆转速 混合时间是三种主要的共混参数 经常用来表征共混 条件对 PC ABS 产生的影响 短时间混合 PC 相分散于 ABS 中 被 ABS 相包围 随着混合时间变长 PC 与 ABS 两相都被拉伸 达到一种类似于两相连续的相态 在这种混合阶段 两相互相渗透 并且在很长的混合时间内都保持这种相态 PC 与 ABS 在高温下混合 PC 会与残余在 ABS 表面的化学物反应 导致 PC 链断裂 使混合物分子量降低 共混速度的提高对共混物的相态影响不大 在熔融状态 下的退火处理可以使共混物的形态发生显著变化 PC ABS 在退火处理前相态 不稳定 经过退火处理后 PC 相和 ABS 相收缩结合 使 PC 相在 ABS 中达到稳定 的分散相态 2 PC PBT 聚对苯二甲酸丁二醇酯聚对苯二甲酸丁二醇酯 合金合金 特点特点 PBT 与 PC 共混制得合金材料可以提高 PC 流动性 改善加工性能和耐化 学药品性 既有 PC 的刚性和耐热性 又有 PET 的耐溶剂性 不但体系综合性 能优良 而且具有很好的透明性 可以做玻璃代替材料 而且 PET 的加入还能 改善 PC 的加工 PC PBT 具有较高的表面硬度 较高的刚性和韧性 也有较 高的抗高温形的能力 也有较高的抗应力开裂能力 它的机械性能介于两者之 间 抗高温变形对于大形的外壳类材料具有重要的意义 影响性能因素影响性能因素 由于 PBT 是结晶聚合物 与 PC 共混时易发生相分离 界面粘结不好 因 而其冲击韧性不理想 通常加入一定量弹性体以提高共混物的冲击强度 如热 塑弹性体乙烯 甲基丙烯酸酯共聚物的锌盐 对 PC PBT 共混体系起到增容 增韧作用 另外加入一些结晶成核剂可以提高共混体系结晶度 在 PC PBT 共混体系中加入少量低压聚乙烯 可以提高共混物的流动性 对共混体系起增韧作用 并可改善合金的外观 在 PC PBT 中加入乙烯 乙酸乙烯酯共聚物可以进一步增强兼容性并提 高耐冲击强度 PC 与 PBT 之间发生酯化反应 可以提高其兼容性 PC 和 PBT 在酯交换 催化剂存在下 制得 PC PBT 共混物 综合性能良好 而且具有较好透明性 用与 PC 折光率相近的玻璃纤维增强 PC PBT 不但体系综合性能优良 且透 明性好 可以做玻璃代替材料 3 PC PMMA 聚甲基丙烯酸甲酯 合金 聚甲基丙烯酸甲酯 合金 PC 和 PMMA 都是具有高透明的材料 但两材料对光折射率是不一样的 如果把两种材料共混后 它仍会分层 正是因为分层 就会发现有一个独特的 现象 它能发出殊光 一般的殊光粉有毒 不能用食品包装 PC PMMMA 塑 料透明 无味 无毒 同时能发出殊光 它是高档的食品包装材料 以 St MAH g MMA 接枝共聚物为改性剂 通过双螺杆挤出得到 PC PMMA 合金 增强合金的物理性能 有效的提高合金的拉伸强度 表面硬度 热变形 温度和光泽性 得到的 PC PMMA 合金可广泛用于工程材料 电器显示 包装 等领域 PCPC 材料的用途材料的用途 PC 工程塑料的三大应用领域是玻璃装配业 汽车工业和电子 电器工业 其次还有工业机械零件 光盘 包装 计算机等办公室设备 医疗及保健 薄 膜 休闲和防护器材等 PC 可用作门窗玻璃 PC 层压板广泛用于银行 使馆 拘留所和公共场所的防护窗 用于飞机舱罩 照明设备 工业安全档板和防弹 玻璃 PC 板可做各种标牌 如汽油泵表盘 汽车仪表板 货栈及露天商业标 牌 点式滑动指示器 PC 树脂用于汽车照明系统 仪表盘系统和内装饰系统 用作前灯罩 带加强筋汽车前后档板 反光镜框 门框套 操作杆护套 阻流 板 PC 被应用用作接线盒 插座 插头及套管 垫片 电视转换装置 电话 线路支架下通讯电缆的连接件 电闸盒 电话总机 配电盘元件 继电器外壳 PC 可做低载荷零件 用于家用电器马达 真空吸尘器 洗头器 咖啡机 烤 面包机 动力工具的手柄 各种齿轮 蜗轮 轴套 导规 冰箱内搁架 PC 是光盘储存介质理想的材料 PC 瓶 容器 透明 重量轻 抗冲性好 耐一 定的高温和腐蚀溶液洗涤 作为可回收利用瓶 容器 PC 及 PC 合金可做计 算机架 外壳及辅机 打印机零件 改性 PC 耐高能辐射杀菌 耐蒸煮和烘烤 消毒 可用于采血标本器具 血液充氧器 外科手术器械 肾透析器等 PC 可做头盔和安全帽 防护面罩 墨镜和运动护眼罩 PC 薄膜广泛用于印刷图 表 医药包装 膜式换向器 聚碳酸酯的应用开发是向高复合 高功能 专用化 系列化方向发展 已 推出了光盘 汽车 办公设备 箱体 包装 医药 照明 薄膜等多种产品各 自专用的品级牌号 建材行业建材行业 聚碳酸酯板材具有良好的透光性 抗冲击性 耐紫外线辐射及其制品的尺 寸稳定性和良好的成型加工性能 使其比建筑业传统使用的无机玻璃具有明显 的技术性能优势 中国建有聚碳酸酯建材中空板生产线 20 余条 年需用聚碳 酸酯 7 万 t 左右 到 2005 年达到 14 万 t 汽车制造业汽车制造业 聚碳酸酯具有良好的抗冲击 抗热畸变性能 而且耐候性好 硬度高 因 此适用于生产轿车和轻型卡车的各种零部件 其主要集中在照明系统 仪表板 加热板 除霜器及聚碳酸酯合金制的保险杠等 根据发达国家数据 聚碳酸酯 在电子电气 汽车制造业中使用比例在 40 50 中国在该领域的使用比例 只占 10 左右 电子电气和汽车制造业是中国迅速发展的支柱产业 未来这些 领域对聚碳酸酯的需求量将是巨大的 预计 2005 年中国汽车总量达 300 多万 辆 需求量达到 3 万 t 因而聚碳酸酯在这一领域的应用是极有拓展潜力的 医疗器械医疗器械 由于聚碳酸酯制品可经受蒸汽 清洗剂 加热和大剂量辐射消毒 且不发 生变黄和物理性能下降 因而被广泛应用于人工肾血液透析设备和其他需要在 透明 直观条件下操作并需反复消毒的医疗设备中 如生产高压注射器 外科 手术面罩 一次性牙科用具 血液分离器等 航空 航天航空 航天 随着航空 航天技术的迅速发展 对飞机和航天器中各部件的要求不断提 高 使得 PC 在该领域的应用也日趋增加 据统计 仅一架波音型飞机上所用 聚碳酸酯部件就达 2500 个 单机耗用聚碳酸酯约 2 吨 而在宇宙飞船上则采 用了数百个不同构型并由玻璃纤维增强的聚碳酸酯部件及宇航员的防护用品等 包装领域包装领域 在包装领域出现的新增长点是可重复消毒和使用的各种型号的储水瓶 由 于聚碳酸酯制品具有质量轻 抗冲击和透明性好 用热水和腐蚀性溶液洗涤处 理时不变形且保持透明的优点 一些领域 PC 瓶已完全取代玻璃瓶 据预测 随着人们对饮用水质量重视程度的不断提高 聚碳酸酯在这方面的用量增长速 度将保持在 10 以上 预计到 2005 年将达到 6 万 t 电子电器电子电器 由于聚碳酸酯在较宽的温 湿度范围内具有良好而恒定的电绝缘性 是优 良的绝缘材料 同时 其良好的难燃性和尺寸稳定性 使其在电子电器行业形 成了广阔的应用领域 聚碳酸酯树脂主要用于生产各种食品加工机械 电动工 具外壳 机体 支架 冰箱冷冻室抽屉和真空吸尘器零件等 而且对于零件精 度要求较高的计算机 视频录像机和彩色电视机中的重要零部件方面 聚碳酸 酯材料也显示出了极高的使用价值 光学透镜光学透镜 聚碳酸酯以其独特的高透光率 高折射率 高抗冲性 尺寸稳定性及易加 工成型等特点 在该领域占有极其重要的位置 采用光学级聚碳酸配制作的光 学透镜不仅可用于照相机 显微镜 望远镜及光学测试仪器等 还可用于电影 投影机透镜 复印机透镜 红外自动调