苯乙烯/丙烯腈/马来酸酐共聚物对PC/ABS合金性能的影响

苯乙烯/丙烯腈/马来酸酐共聚物对PC/ABS合金性能的影响

李昌鸿，石剑锋，曾王杰，马显瑶

嘉兴华雯化工股份有限公司，浙江省嘉兴市， 314000

摘要：本文主要研究了苯乙烯/丙烯腈/马来酸酐共聚物（SMA-800）对PC/ABS合金性能的影响。通过研究发现，SMA-800的加入有利于提高PC/ABS合金的力学性能，但会降低合金的流动性。通过扫描电镜发现，SMA-800的加入有利于改善橡胶相的分散，有助于橡胶相的细化，改善PC/ABS合金的界面结合力，提升合金的性能。

关键字：ABS；PC；苯乙烯/丙烯腈/马来酸酐共聚物

中国分类号：TB324    文献识别码：A     文章编号：

Effect of Styrene/Acrylonitrile/Maleic Anhydride Copolymer on Properties of PC/ABS Alloy

LI Chang-hong, SHI Jian-feng, ZENG Wang-jie, Ma Xian-yao

(Jiaxing Huawen Chemical Co, Ltd.)

Abstract: This paper mainly studies the effect of styrene/acrylonitrile/maleic anhydride copolymer (SMA-800) on the properties of PC/ABS alloy. Through research, it is found that the addition of SMA-800 is beneficial to improve the mechanical properties of PC/ABS alloy, but it will reduce the fluidity of the alloy. Through scanning electron microscopy, it was found that the addition of SMA-800 is beneficial to improve the dispersion of the rubber phase, help to refine the rubber phase, improve the interfacial bonding force of PC/ABS alloy, and improve the performance of the alloy.

Key words: ABS; PC; ABS rubber; Styrene/Acrylonitrile/Maleic Anhydride Copolymer.

聚碳酸酯（PC）是一种非结晶性透明树脂，具有耐高温、阻燃、尺寸稳定等特性，广泛应用于汽车、电子电器、光学器件等领域，但是其粘度高、流动性差、耐化学品性、耐应力开裂等性能较差，限制了其应用。ABS树脂（苯乙烯/丁二烯/丙烯腈共聚物）是一种非结晶性的树脂，其具有尺寸稳定性好、综合性能优异、流动性好、耐化学品性较好等优点。工业上常将PC和ABS共混制备PC/ABS合金，兼具了两种树脂的特性，扩展了两种树脂的应用[1][2]。

根据Flory和Huggins[3]的F-H晶格模型，在共混吸热的情况下，溶解度参数越接近，共混体系更容易相溶。PC的溶解度参数为39.8-41.0 J/cm3，ABS的溶解度参数为40.2-41.9 J/cm3，二者比较接近，说明PC和ABS具有一定的相容性[4]。

虽然PC与ABS树脂中的SAN相容性较好，但是与聚丁二烯橡胶链段相容性较差，已发生相分离，从而存在厚度冲击强度较差、性能不稳定等缺陷。所以需要添加相容剂，增加塑料相与橡胶相之间的界面结合力，改善橡胶相的分散，从而改善PC/ABS合金的性能。

本文研究了苯乙烯/丙烯腈/马来酸酐共聚物对PC/ABS合金性能的影响，以期改善PC/ABS合金的相容性，制备优异性能的合金。

1. 实验部分
   1. 实验原料

ABS树脂，8391，上海高桥石化；

聚碳酸酯，1100，韩国乐天；

苯乙烯丙烯腈马来酸酐共聚物，SMA-800，嘉兴华雯化工股份有限公司研；

其他助剂，市售。

1.2仪器与设备

双螺杆挤出机，SJ-30,南京恒奥机械有限公司

注塑机，UN120SK，广东伊之密精密注压科技有限公司

万能试验机，UTM-104,深圳三思纵横科技股份有限公司；

冲击试验机，PTM7400-B，深圳三思纵横科技股份有限公司；

熔融流动指数仪，TZ-5089，上海添质实业有限公司；

扫描电子显微镜，SIGMA HD，德国蔡司公司。

1.3 PC/ABS合金的制备

将ABS树脂在80℃干燥4h,PC树脂在120℃干燥4h后，将PC、ABS、相容剂、助剂按比例混合均匀后，在双螺杆挤出机挤出造粒，所得粒子在100℃烘干4h后，在注塑机上制备相应的标准样条。

其中，挤出温度为250-270℃，注塑温度为260-280℃。

1.4 测试与表征

拉伸强度：按ASTM D638-14标准测定，拉伸速率为50mm/min；

断裂伸长率：按ASTM D638-14标准测定，拉伸速率为50mm/min；

弯曲强度：按ASTM D790-10 标准测定，速率为2mm/min；

弯曲模量：按ASTM D790-10 标准测定，速率为2mm/min；

悬臂梁冲击强度：按ASTM D256-10 标准测定；

熔融质量流动速率（MFR）：按GBT 3682-2000标准测定，测试条件为250℃/10kg。

扫描电镜分析：将制品在液氮中脆断，将断面浸渍在高锰酸钾/硫酸溶液中两天后，断面喷金后扫描观察微观形貌并拍照。

2. 结果与讨论
   1. 相容剂含量对PC/ABS合金力学性能的影响

苯乙烯丙烯腈马来酸酐共聚物（以下简称SMA）的马来酸酐可与PC的端羟基反应，生成PC-g-SMA接枝共聚物，而SMA中的苯乙烯/丙烯腈链段与ABS完全相容，从而共聚物特别适合作为PC和ABS的合金相容剂，其反应原理如图1。

图1 SMA-800的作用机理

Fig2 The mechanism of SMA-800

改变苯乙烯/丙烯腈/马来酸酐共聚物的含量，制备对应的PC/ABS合金相容剂，其配比如表1.所得合金对应的力学性能如图2.

表1 不同相容剂含量对PC/ABS合金性能影响对应的配方

Tab 2 The formulation of PC/ABS

图2 SMA-800添加量对PC/ABS拉伸强度和弯曲强度的影响

Fig 3 The effect of SMA-800 content on tensile strength and flexural strength of PC/ABS

从图2可知，SMA-800的加入对PC/ABS的强度有所帮助，随着SMA-800添加量的提高，PC/ABS合金的拉伸强度和弯曲掐强度略有提升。这可能是因为SMA-800的马来酸酐基团与PC端羟反应，生成的PC-G-SMA接枝共聚物起到了一种物理交联点的作用，提高了合金的强度。

a-3.2mm缺口冲击强度

b-6.4mm缺口冲击强度

c-零下30℃低温缺口冲击强度

图3 SMA-800添加量对PC/ABS缺口冲击强度的影响

Fig 3 The effect of SMA-800 content on impact strength of PC/ABS

从图3可知，SMA-800的加入，大幅改善了PC/ABS的缺口冲击强度，尤其对6.4mm缺口冲击强度帮助更加明显。SMA-800即使添加量为0.5%，也可以明显改善PC/ABS合金的缺口冲击强度。加入0.5%的SMA-800，PC/ABS合计3.2mm缺口冲击强度提升13%，6.4mm缺口冲击强度提升94%，低温缺口冲击强度提升35%。

随着SMA-800添加量的提高，PC/ABS合金的缺口冲击强度随之提升。这是因为SMA-800的反应基团马来酸酐与PC的端羟基反应生成PC-g-SMA接枝共聚物，改善了PC与ABS两相的结合力，降低了界面张力，提升了相界面粘附力，从而使得橡胶相分散更均匀，更好的引发银纹和剪切带，吸收大量的能量，阻止裂纹的产生，从而大幅改善了合金的力学性能[5]。

当SMA-800添加量超过2%以后，发现厚度冲击和低温冲击有下降的趋势，这可能是因为加入量超过一定的临界值后，SMA-800作为一种脆性材质，包裹在橡胶相的外部，增大了基体的脆性，从而导致冲击强度有所回落。

2.2相容剂含量对PC/ABS合金流动性的影响

图4 SMA-800添加量对PC/ABS熔融指数的影响

Fig 4 The effect of SMA-800 content on melt index of PC/ABS

图4表征了SMA-800添加量对PC/ABS合金流动性的影响。如图可知，SMA-800的加入使得PC/ABS合金的流动性有所下降。这可能是因为接枝共聚物的生成，一定程度相当于使得PC链段缠绕，起到一种物理教练的作用，从而增大了粘度，使得合金的流动性有所下降。

2.3相容剂对ABS/PA6合金微观结构的影响

(a)0%SMA-800                            (b)0.5%SMA-800

(c)1%SMA-800                           (d)2%SMA-800

(e)3%SMA-800

图5 SMA-800添加量对PC/ABS微观形貌的影响

Fig 5 The effect of SMA-800 content on micromorphology of PC/ABS

图5表征了SMA-800加入pc/abs合金后相态的分散情况。如图所示，未加入SMA-800的PC/ABS合金，存在明显的大粒径橡胶相，这是因为PC与橡胶相的不相容，导致橡胶相与PC基体相分离，团聚成较大的粒径，橡胶相分散不均匀的结果。随着SMA-800的加入，即使加入量只有0.5%，也可以明显的改善橡胶相的分散状况，橡胶相明显细化。随着SMA-800添加量的提高，橡胶相的分散越均匀，PC与橡胶相之家的相界面越来越模糊，相界面结合力越来越好，加入3%的SMA-800以后，甚至有海岛结构变成双连续相的趋势，可能在这个时候出现这种“互锁”的结构，使得PC/ABS合金的冲击强度得到极大的提升

[6]。

3. 结论

1)SMA-800的加入有利于提升PC/ABS合金的拉伸强度和弯曲强度，并且随着加入量的提高有所提升。

2)SMA-800的加入有利于提高PC/ABS合金的缺口冲击强度，包括厚度冲击、低温冲击。

3)SMA-800的加入有利于提高PC/ABS合金的相态分散，橡胶相细化、分散更均匀，有利于改善合金的性能。

参考文献

[1]崔晋恺，王明义，王晶。PC/ABS合金研究现状及进展[J]. 工程塑料应用，2018,46（7）：122-126.

CUI J K, WANG M Y, WANG J. Research status and development of PC/ABS alloys[J]. Engineering plastic application, 2018,46(7):122-126.

[2]周琨生，兰浩。 PC/ABS合金的研究进展及其在汽车上的应用[J]. 汽车工艺与材料，2004,12：21-24.

ZHOU K S, LAN H. Research development and application of PC/ABS in automobile[J]. Automobile technology & material, 2004,12: 21-24.

[3]唐萍，李光宪，黄锐。多组分聚合物体系热力学理论研究进展[J]。高等学校化学学报，1998,3:477-482.

TANG P, LI G X, HUANG R. Advances in thermodynamic theory research of multicomponent polymer systems[J]. Chemical journal of Chinese university, 1998,3 :477-482.

[4]葛腾杰，佟华芳，王文燕等。相容剂对PC/ABS合金力学性能的影响[J]. 化学与生物工程，2010,27（8）：74-76.

GE T J, TONG H F, WANG W Y, et al. Effects of compatibilizers on mechanical properties of PC/ABS alloys[J]. Chemistry & bioengineering, 2010, 27(8):74-76.

[5]郑红娟。 相容剂对PC/ABS共混体系性能影响的研究[D].中国成都：四川大学，2006.

ZHEN H J. Study on the influence of compatbilizer on the mechanical properties of PC/ABS blends[D]. Chengdu, China: Sichuan university, 2006.

[6]B I CHAUDHRY, E HAGE, L A PESSAN, et al. Effect of processing conditions on the phase morphology of PC/ABS polymer blends[J]. Journal of applied polymer science, 1998, 67:1606-1613.