第九章精讲 聚碳酸酯

塑料材料学
聚碳酸酯应用
1.聚碳酸酯在包装上主要以薄膜形式用于蔬菜、肉类等需要 呼吸及氧气的食品，
2.还可制成纯净水桶、婴儿奶瓶、以及瓶、碗、盘类食品包 装。
烯丙基二甘醇碳酸酯缩写代号为ADC，商品牌号为 CR－39，是一种优质镜片材料。它是由一缩乙二 醇与烯丙基碳酸酯缩聚而得。该聚合物分子链中具 有双键，是一种可由过氧化苯甲酰在80℃左右引发 交联的热固性透明塑料。该聚合物的特点是硬度高、 耐磨、力学性能亦较好，透光率可达91﹪，折射率 为1.498，是目前应用最广泛的镜片材料。
宽0.05 微米 最长2微米
PC容易形成分子链束——原纤维结构
微空隙 低密度区
原纤维结构
PC的是由进入和未进入原纤维结构高分子组成
的无定形高分子材料。 由原纤混乱交错形成的疏松三维网络结构是整 个材料的增强骨架。其间存在较多的微空隙。
双酚A型聚碳酸酯具有刚性分子链， 但却具有优异的韧性
1.分子链易形成稳定的原纤维聚集状结构。
影响，决定了分子链属于刚性链。
§9.1.2 结构与性能
分子链刚性，→
较高的玻璃化温度和熔融温度、熔体粘 度高，抗变形性好（刚性好、蠕变小、尺 寸稳定性优)，力学性能也颇优。 限制了分子链的取向和结晶，苦一旦取 问，又不易松弛，致使内应力不易消除， 容易产生内应力被冻结的现象，导致在某 种应用条件下的应力开裂现象。
刚性和耐热性, 同时又具有良好的加工性能, 并改善了耐化学品性和低温韧性,热变形温度 比ABS 高10 ℃左右, 同时价格适中。用量最 大的商品化高分子合金材料。
ABS 合金材料的研究进展.炼油与化工2008(2):15-17. ABS合金的最新研究进展.上海塑料2009(2):1-5.
§9.2 其它聚碳酸酯
深度渐变的单头螺纹螺杆，螺杆头部应带有止逆环， 喷嘴采用延长式敞开型或大通道密闭型。 挤出成型所用挤出机螺杆与注塑机用螺杆基本相同， 但长径比在18～20之间，进一步增大长径比，易引 起材料降解。 聚碳酸酯可以吹塑中空容器，亦可吹塑薄膜。中空 吹塑采用分子量较高的聚合物，薄膜吹塑用分子量 稍低的聚合物。
塑料材料学
聚碳酸酯（Polycarbonate，PC）
十 、聚碳酸酯（PC）
聚碳酸酯为一种线型聚酯，是一种无色或呈微黄色透明 的无定形塑料。
[O－
CH3 －C－ CH3
－O－C]n 1. 性状：
无色透明 （或淡黄色透 明）、刚硬 而 坚韧的材料，无 毒、无味，外观 类似于有机玻璃。
硬而韧
特性： ①优越的耐高温性能及在高温下的高强度，且耐低温性 能也很好，脆化温度低于-100℃，可在130 ℃下长期使 用。其它力学性能，尤其是冲击韧性也非常优良，但耐 应力开裂性差。 ②聚碳酸酯耐稀酸，耐脂肪烃、醇、油脂和洗涤剂，溶于 卤代烃，易与碱作用。 ③薄膜对水、蒸气和空气的渗透率高，可用于蔬菜等需要 呼吸的食品的包装，若需阻隔性时，必须进行涂覆处理。 ④无毒、无味、无臭具有透明性。透光率可达93％，作为 透明材料，表面不易划伤。 ⑤耐候性较好，对热、辐射、空气、臭氧有良好的稳定性， 制品在户外暴露一年，性能几乎不变。
2. 酯交换法（熔融缩聚法）
碳酸二苯酯
分子量为2.5～5×104 的PC。不使用溶剂、也不 使用有毒的光气、聚合反应过程比较环保。是目前PC 合成的一个发展方向。
聚碳酸酯的结构
链结构
苯环—刚性基团 醚氧键—提高 极 性 基 团 — 提高分子间 链柔性
作用力
概括而言，分子链上的苯撑基、酯基的影响大于醚键的
<一> 基本特征 聚碳酸酯为透明的硬而韧的颗粒。 可见光透光率接近90%。 无臭无味、无毒 密度为1.2g.cm-3。
<二> 力学性能
PS PA
PC
硬质PVC
聚碳酸酯是硬而 韧的高聚物：其抗
拉、抗弯、抗压强度 和硬度较高。 PC是热塑性塑料中抗 冲击强度非常高的塑 料。(仅低于UHWHDPE)
<六> 耐候性 PC分子主链上无仲、叔碳原子，抗氧化 性强， 无双键、具有良好的耐臭氧性； 在较干燥条件下，具有优异的耐候性； 但在潮湿环境下，容易气候老化； PC对紫外光有很强的吸收作用。 升温、水 加速老化
耐候性较好，对热、辐射、空气、臭氧有良好的稳定性， 制品在户外暴露一年，性能几乎不变。
黑角PSP聚碳酸酯保护壳
阻燃PC
护目镜
有机玻璃聚碳酸酯管材
灯 具
§10.1.4 双酚A型聚碳酸酯的改性
一、增强聚碳酸酯
用10％～40％的玻璃纤维对聚碳酸酯增强，可以显著改善聚
碳酸酯的耐应力开裂性，可以使引起开裂的应力提高4～5倍， 同时也可以提高拉伸、压缩、弯曲、疲劳等强度。增强材料 的耐热性也有所提高，但韧性降低、加工性变差。
原纤维会成束并混乱交错排列组成疏松的网络，
使聚合物内存在大量空隙(自由空间)。 原纤维内的分子链间作用力较大，敛集密度较高。 在快速的外加载荷作用下，聚合物以原纤维为单 位可自由移动，吸收大量外载荷的能量。这种结 构特性赋予聚合物很高的抗冲击性能。
2.聚合物的无定形结构有利于材料的韧性。
聚碳酸酯的性能
存在的缺陷
因抗疲劳强度差，容 易产生应力开裂，抗溶剂
性差，耐磨性欠佳。
§10.1.3 加工与应用
工艺特性 PC分子链刚性大，熔体黏度高； PC的熔体更接近牛顿流体，提高温度比增大压 力更能降低熔体黏度； PC虽然吸湿性很小，但因为容易高温水解，即 使微量的水分也要在加工前尽量去除（含水率 要<0.02％）； 光气法PC的分子量较高且分布宽；而酯交换法 PC的分子量较低且分布窄，加工特性不同。 PC的分子链刚硬，成型冷却后易残余很大的内 应力。
本章思考题
1．试述双酚A型聚碳酸酯两种制备方法的原理，并说明酯


交换法的技术要点。比较两种方法的优缺点。 2．试述双酚A型聚碳酸酯的结构及性能。 3．双酚A型聚碳酸酯分子链是刚性链，为什么却具有优异 的冲击韧性? 4．双酚A型聚碳酸酯可以结晶吗?为什么一般总是得到无定 形制品? 5．聚碳酸酯有哪些工艺特性?对成型加工有何影响? 6．双酚A型聚碳酸酯的主要缺点是什么?如何克服这些缺点? 7．聚酯聚碳酸酯结构与双酚A型聚碳酸醋有何不同?它何以 具有更高的耐热性? 8．试述烯丙基二甘醇碳酸酯的结构和性能特点。
O O C n
迄今最普遍的是双酚A型聚碳酸酯。 用量第二大的工程塑料。
<二> PC的聚合 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。
1.光气法： 目前约90 ％的PC用 该法合成。
4,4‘-二羟-2， 2’-二苯基丙烷 Bisphenol A (毒性问题)
双酚A
光气
可得分子 量为1.5～ 2.0×105 的PC
总体来讲，双酚A型的聚碳酸酯是刚性较强的 分子链。Tg～150oC。黏流温度~300oC
聚集态结构 1. 基本特征
分子链比较 刚硬
PC很难结晶、是无定形高分 子材料
分子间有较强 的作用力
由于聚碳酸酯具有优异的综合力学性能， 又高度透明，故俗称“透明金属”。
2. 超分子结构
Flory提出的无定形高 聚物的无规线团结构 模型。
降低内应力的方法：提高熔体温度、提
高模具温度、制品成型后热处理。 PC是无定形聚合物，其制品的尺寸稳定 性较好。 PC与金属的黏附性很强，生产结束后应 趁热清理料筒。
2．PC成型加工方法
聚碳酸酯可以采用注塑、挤出、吹塑、旋塑、
热成型和发泡成型等工艺，但主要是前三种 方法。
注塑成型主要采用螺杆式注塑机，螺杆应是等距、
式中R代表生成碳酸酯的二羟基化合物的主体部分
分类
聚碳酸酯是分子主链中含有—[O-R-OCO]—链节的热塑性树脂。
带 酯按 基分 不子 同结 可构 分中 为所
1.脂肪族聚碳酸酯 2.脂环族聚碳酸酯 3.脂肪-芳香族聚碳酸酯
4.芳香族聚碳酸酯
9.1双酚A型聚碳酸酯
双酚A型聚碳酸酯
CH3 O C CH3
软质PVC
无缺口冲击强度
为什么PC会具有高抗冲击性能？
PC的原纤维 增强骨架间 存在着大量 的微孔隙 原纤维结构易滑移－ 吸收冲击能量 微孔隙本身的变形也 吸收冲击能量 PC具有很高的 抗冲击强度
<三> 热性能 具有较好的耐热性和耐寒性，可以在100～130oC范围内使用； 强度随温度的变化较小； 线膨胀系数较小； 比热容不大； 导热性在聚合物中居中。
第九章 聚碳酸酯（PC）
主要内容 1.双酚A型聚碳酸酯 2.其它聚碳酸酯
电脑外 壳
PC应用实例
阳光板
汽车仪表盘
中空板、 三层板
光盘
什么是聚Βιβλιοθήκη Baidu酸酯？
聚碳酸酯是一类分子主链中 含有—[O-R-O-CO]—链节的高分 子化合物及以它为基质而制得的 各种材料的总称。可以看作是由 二羟基化合物与碳酸的缩聚产物。 Polycarbonate, 简称PC。
二、PC的应用
聚碳酸酯可以作为E级绝缘材料(最高工作温度
120℃) 。聚碳酸酯薄膜广泛用于电容器中。 聚碳酸酯也广泛用于制造承载的机械零件。 聚碳酸酯由于透光率高，也经常用于制备光学零 件或装置。也可用于制备高速飞机的风挡与天窗。 在医疗器材方面，可用于制备杯、筒、瓶、人工 内脏(肾、肺)等。此外，近年来聚碳酸酯还广泛 用于制造影视光盘。 聚碳酸酯在其它方面还有较多应用，如食品包装、 各种容器、导管等。
卤代双酚A型聚碳酸酯的缺点是密度大，加工更困 难(因熔融温度更高)。
§9.2.2 聚酯聚碳酸酯
聚酯聚碳酸酯是以双酚A、对苯二甲酸、光气
为单体进行共缩聚得到的产物，是分子链中 含有双酚A型聚碳酸酯链节与双酚A对苯二甲 酸酯链节的共聚物，共聚物的全称可称为双 酚A聚碳酸酯对苯二甲酸双酚A酯。
§9.2.3 烯丙基二甘醇碳酸酯
二、共混聚碳酸酯
1．与聚乙烯共混 2．与ABS共混 3．与聚甲醛共混
此外，向双酚A型聚碳酸酯中加入特定的助剂，
可得到特定性能要求的品级，例如耐候型、阻燃 型等聚碳酸酯。
ABS合金
主要品种： ABS/PC ABS/PVC ABS/PA ABS/PBT
合金的目的是什么？--取长补短。 以ABS/PC为例。 PC的优点：高强度、高抗冲、高耐热 PC的缺点：熔体黏度大难加工、应力开 裂、缺口冲击强度低、昂贵 ABS的优点：加工性好，缺口敏感度低、 价格相对便宜。 ABS/PC合金：既具较高的冲击强度、挠曲性、
§9.2.1 卤代双酚A型聚碳酸酯
如果将制备聚碳酸酯的主要单体双酚A改用其它双酚型 单体，则可以得到性能有颇大不同的聚碳酸酯，其中用 卤代双酚A最受人们的重视。例如可采用四氯代双酚A和 四溴代双酚A。将卤代双酚A(通过钠盐形式)与光气进行 界面缩聚，可以制得耐热性更高，同时可保持透明性和 良好韧性的聚碳酸酯。
<四> 电性能 PC是弱极性的高分子材料，电性能不如 聚烯烃类，但仍有较好的电绝缘性。 PC吸水率小、Tg高，在很宽的温度范围 和潮湿的条件下可保持良好的电性能。 PC的介电常数在教宽范围内保持不变， 适合做电容器。 PC的电性能优良。
<五> 耐化学药品性 PC的耐化学药品性一般； 常温下耐水、脂肪烃类、油类、醇类； 酮类、芳香烃类、酯类可使之溶胀； 极性有机溶剂可以溶解PC； PC在与一些溶剂接触时会产生应力开裂； 在高温下，PC容易水解，耐沸水性不好。 不耐碱，稀氢氧化钠、稀氨水可使之水解。